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国内外生物3D打印主要研究机构

国内外生物3D打印主要研究机构

Xtecher原创 丨 行业洞察

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2017-12-22

火石创造

Xtecher特稿作者

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高校和科研院所是推动3D打印研究不断进行和应用于临床实践的重要力量。

文丨赵成龙


随着3D打印技术的不断成熟,其在医疗健康领域的应用也在不断加深。除产业公司之外,高校和科研院所是推动3D打印研究不断进行和应用于临床实践的重要力量,在这些机构,很有可能成为划时代的医学进展的发源地。


生物3D打印领域,有五大非常具有国际影响力的研究机构,他们的创新成果几乎可以代表生物3D打印技术发展的最前沿。


哈佛大学Wyss研究所


名校哈佛大学被公认为当今世界最顶尖的高等教育机构之一,除了在文学、商学等多个领域拥有崇高的学术地位之外,在医学和3D打印领域也是赫赫有名,其中尤其以Wyss研究所和Jennifer A. Lewis实验室闻名业界。


Lewis实验室的研究人员们很早就用3D打印的方法打印出了布满血管、有各种细胞和细胞间质组成的组织,解决了3D打印生物组织的代谢问题。他们开发了三种“生物墨水”,在特定程序下打印完毕之后,将人工组织置于低温下,就可以在形成的通道中植入血管内皮细胞,最终发育成成熟的血管以解决营养物质供给和代谢物排出的问题。2016年,团队在此基础上更进一步,打印出了厚度足够的血管化网络组织结构,能让液体、营养物质和细胞生长因子顺利进入,保证植入其中的细胞存活并促进它们生长,最终形成完成的功能性组织。


在3D打印肾脏方面,Lewis团队也取得了瞩目的进展,他们构建了功能性的近端小管,在该小管的卷曲部位,65%-80%的营养物质可以被重吸收并从肾滤液输送回血液中。该模块的构建为打印完整的肾单元甚至完整的肾脏奠定了基础。


Jennifer A. Lewis(左)与她的生物打印团队

来源:Harvard Magazine


卡内基梅隆大学(CMU)


CMU是一所著名的研究型大学,与大多数致力于研究利用3D打印技术打印骨骼、耳朵等器官的研究人员不同的是,CMU的Adam W. Feinberg研究团队致力于研究更高难度的心脏甚至是大脑的3D打印。


Adam Feinberg, Ph.D.

图片来源:Biolife4D


2015年,Feinberg团队就发表文章称能通过影像技术与生物3D打印的结合,打印出无生物活性动脉,并将进一步研究利用所制成的组织结构来附着心脏细胞以形成具有收缩能力的肌肉。


目前,CMU的研究人员正在开发能够在三维组织结构甚至整个气管内打印软性生物材料和细胞的3D生物打印机。


同时,CMU在3D打印的课程教育方面也走在世界前列,2015年学校推出了3D打印的本科工程课程,同时给学生提供了创造自己独特产品和将自己的设计进行商业化的机会。


加州大学圣地亚哥分校(UCSD)

今年年初,UCSD的研究人员Shaochen Chen团队发表在Biomaterials杂志上的文章显示,他们使用3D打印机来开发功能性血管网络,可以安全地与身体的自身网络集成并循环血液,以用于推进人工器官和再生疗法的发展。


Shaochen Chen教授

图片来源:UC San Diego News Center


Chen团队自制的生物打印机使用活细胞和光敏聚合物的溶液,可以在暴露在UV光时固化,以创建3D结构。整个过程只需要几秒钟,且光敏聚合物廉价易得,同时具有很好的生物相容性。


Chen教授团队还在人工肝打印中使用了诱导多功能干细胞(iPSCs)、诱导脂肪源干细胞和脐静脉内皮细胞,将这三种细胞联合打印,来形成模拟的人工肝,希望能够利用这些模拟的人工器官来大幅度降低药企研发成本,加快新药面世的进程。


维克森林大学(Wake Forest University)


维克森林大学素有“南哈佛”的美誉,是一所极富盛名的综合性研究型大学。维克森林再生医学研究所(WFIRM)是将科学发现转化为临床疗法的领导者,研究所的研究人员和医生曾经创造了世界上首个成功植入人体的实验室人造器官。


WFIRM的研究人员致力于研究3D打印组织和器官的可能性,他们尝试使用改造过的3D打印机来将细胞打印出3D分布结构。Anthony Atala团队在2016年2月份创建了一种新的打印模型(ITOP生物打印机),可以打印布满小通道的骨骼、肌肉和软骨组织,这种组织在植入小白鼠和兔子体内之后,通道里便可以长出血管,给打印的器官提供养分,维持器官的功能。


2016年,该研究所宣布使用其研究人员十多年来设计的专用3D打印机成功打印活体组织结构。当打印出的耳朵、骨骼和肌肉组织植入动物体内时,这些结构会成熟为功能性的组织,并形成血管系统。一系列的实验均证明了打印活体组织结构来替代患者病变组织和器官的可能性。


WFIRM实验室的脱细胞肝脏模具

来源:Wake Forest School of Medicine


伍伦贡大学(University of Wollongong,UoW)


UoW是澳大利亚的十大研究型大学之一,其Gordon G Wallace研究团队,联合墨尔本St. Vincent‘s医院联合开发了一台引领3D打印新变革的打印机,这台名字叫3Doodler的打印机外形更像是一支笔,可以直接将细胞“画”在受伤的骨头或者软骨上,以此来快速完成修复手术。


3Doodler


从发表的研究结果来看,3Doodler打印出来的细胞存活率高达97%以上,如果正在进行的临床试验成功的话,无疑将是一次骨科修复手术的重大变革。


2016年5月25日,中国首家3D生物打印研究院——四川省生物增材制造产业技术研究院在成都高新区揭牌成立,研究院由四川蓝光英诺生物科技股份有限公司与四川大学华西医院联合建立,将聚焦3D生物打印领域关键核心技术研发、人才培养和成果转化三大板块。蓝光英诺早在2015年10月,就研发出了全球首台3D生物血管打印机,并且在2016年12月成功实现了全球首例3D打印血管的动物实验。


此外,今年5月,上海交通大学医学3D打印创新研究中心也与国内近20家著名医疗机构联合组建多中心合作关系,签约授牌了16家分中心,共同研究与推进医学3D打印技术。

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