细看3D打印技术如何推动现代医学的进步

　　7. PNAS：利用干细胞定制具有抗炎作用的3D打印软骨

　　为了不用手术就可以治疗磨损发炎的髋关节，科学家们在类似髋关节股骨头的3D支架上诱导干细胞进行编程生长为新的软骨，同时结合基因治疗还可以激活新软骨释放抗炎分子防止关节炎复发。该工作由华盛顿大学医学院的研究人员完成，发表在国际学术期刊PNAS上。

　　这项技术使用了一种3D可生物降解的合成支架，这种支架可以根据病人关节的准确形状进行定制，再利用病人皮肤下脂肪组织中的干细胞诱导形成软骨，将其覆盖在3D支架上从而获得新的关节软骨。随后将新软骨植入发炎髋关节表面，用活组织重新覆盖髋关节，从而消除关节炎疼痛，延缓甚至消除一些病人对关节替换手术的需要。

　　除此之外，研究人员还借助基因疗法将一个基因插入到新生的软骨细胞中，再用一种简单药物将其激活，该基因可以促进抗炎分子的释放进而防止关节炎复发。“在有炎症的时候，我们可以给病人一种简单的药物，激活我们植入的基因来降低关节部位的炎症，这样我们就可以在任意时候停止给药来关闭基因的表达。”研究人员这样说道。

　　这种基因疗法是非常重要的，当关节部位的炎症分子水平增加，软骨会受到损伤，疼痛也会出现。将基因疗法加入到干细胞和3D打印支架技术中，研究人员相信这将有助于阻止关节炎复发，让植入软骨发挥更长时间的作用。

　　有数据表明目前有3000万人美国人被诊断为骨关节炎，而骨关节炎的发生率处于上升态势。该数字中包含许多年龄在40到65岁的相对年轻病人，这些病人由于受到年龄限制还不适合进行关节替换手术，而传统的方法又不是特别有效。研究人员认为这部分病人或在将来成为使用这种新技术的理想候选人

　　8. 世界上首例3D打印药物问世

　　毫无疑问，3D打印技术正在改变整个世界。从工业生产到设计，医药以及电力，这一技术对产品产生了革命性的推动作用。它将曾经昂贵且不易获得的产品变得廉价而又普遍。

　　因此，我们对Aprecia制药公司刚刚发布的一项声明也不会感到意外。根据《Science News Journal》的报道，Aprecia药业成为首个利用3D打印技术生产药物的企业，它们首次通过这一方法生产的药物叫做"Spritam"，主要用于治疗羊癫疯。目前，该药物不仅被成功打印出来，而且得到了FDA的批准，目前该药物已经在美国上市。3D打印药物的明显优势在于其快速溶解的特性。通过3D打印的方法，这些药物以粉末为初始形态，通过逐层叠加成为最后的药片。

　　对于"Spritam"来说，3D打印使得其更能够满足吞咽能力障碍的患者的需求(羊癫疯患者通常会有这样的症状)。这些药物在刚进入喉咙时能够快速溶解，不会造成气管的堵塞。3D打印将会最终推动个体化剂量以及定制药物组合等未来医疗方向的发展。更重要的是，这一药物的成功将会为其它药物的3D打印提供新的希望。

　　3D打印药物是3D打印技术一个革命性的突破，从此，它的用途不仅局限于电子产品与玩具，而是更为严肃的，与人类健康息息相关的药物产品。从3D打印器官，假肢，到如今的药物，标志着未来医疗发展的新方向。

　　9. Biofabrication：手持式3D“打印笔”可高效打印出人类干细胞

　　近日，刊登于国际杂志Biofabrication上的一项研究报告中，来自澳大利亚的研究人员通过研究，利用一种手持式的3D打印笔在自由模式下成功绘制出了具有较高生存率的人类干细胞。研究者开发的这种新型设备可以帮助外科医生在手术期间进行个性化的软骨移植。

　　研究者指出，利用水凝胶式的“生物墨水”来携带并且支持人类干细胞生长，并且利用较低的光源来凝固“生物墨水”这种打印笔运输的干细胞的存活率就会超过97%。而这种新型的3D打印笔同时也为组织工程学研究带来极大帮助，比如其可以逐层打印出细胞，用来构建可供移植的人工组织。

　　但在某些情况下，比如进行软骨修复的过程中，植入物的精确几何学特性或许就不能够被精确应用于外科手术中，这就使得进行人工软骨组织移植物的前准备工作变得复杂而且困难;新型打印笔的作用就好像外科医生的手一样，可以将定做好的支架或移植物准确填入患者机体缺失的部位。研究者Choong教授说道，这种新型设备的开发是科学家和临床医生共同努力的成果，对于改善研究以及患者的治疗将带来空前的改变。

　　这种打印笔比较轻便小巧、具有人体工程学特性及可消毒特性，同时还配备有较低功率的光源及固化剂;研究者认为这种新型设备后期将可以更好地帮助科学家们“绘制打印”出人类干细胞以供临床研究是治疗之用。

　　10. Biomaterials：3D打印技术用于大脑研究

　　在一项发表在Biomaterials杂志的研究中，来自澳大利亚和美国的一队研究人员用3D方法打印大脑结构的方法，以便培养神经细胞模拟真实的大脑。大脑占有2%体重，由超过一亿个神经元细胞组成，是个非常复杂的器官。科学家能运用动物模型研究大脑，但最近很多工作都在试图寻求替代品，此举受到英国国家中心NC3Rs(National Centre for the Replacement, Refinement & Reduction of Animals in Research)的支持。

　　其中一种替代品是在实验室创造大脑模型：在结构材料中培养大脑细胞，让科学家在组织中观察。在这之前，这仅在二维上有可能——产生细胞薄膜。Gordon教授与同事们利用3D打印技术，模仿大脑的层状3D结构以更准确的模拟大脑。最近几年3D印刷的到来，创造含有某种材料甚至是活细胞的结构，让我们开始探索非常基础的问题。在类似真实大脑的3D结构中观察发生的的情况，使我们更好的理解阿尔兹海默症、帕金森病等退行性疾病。

　　这个多学科成员组成的小组中有临床医生，生物学家，材料学家和化学家等，他们用结冷胶来创建新的三维结构。结冷胶是由细菌鞘氨醇单胞菌伊乐组成，经常在微生物实验室用于胶化剂。他们用结冷胶创建生物油墨，而它们与大脑细胞结核。结冷胶有助于细胞生长，用网状结构发挥作用。Biomaterials主编Kam教授解释了这项研究的重要性，无法接近人的大脑细胞使对大脑的分子研究充满挑战。大脑类结构对应用于分析疾病模型和药物研发都非常宝贵的价值。