“克隆人”時代來臨 3D打印骨骼肌肉血管

“克隆人”時代來臨 3D打印骨骼肌肉血管

　　巴西博士研究生豪爾赫·洛佩斯首創的利用一種稱為快速成型技術，將超聲波、和磁共振成像掃描成真人大小的石膏模型，在孩子未出生時，父母可以看到并“克隆”一個真人大小的未出生嬰兒的模型。

“克隆人”時代來臨 3D打印骨骼肌肉血管

何為3D打印技術？

　　三維立體打印屬于一種快速成型(Rapid prototyping)技術，是一種由CAD(計算機輔助設計)數據通過成型設備以材料累加的方式制成實物模型的技術。這一成型過程不再需要傳統的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀。它可以自動、快速、直接和精確地將計算機中的設計轉化為模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效的縮短產品研發周期、提高產品質量并縮減生產成本。

　　三維打印機采用分層加工，疊加成型方式來“造型”，會將設計品分為若干薄層，每次用原材料生成一個薄層，再通過逐層疊加獲得3D實體。這一點它與噴墨打印機工作方法十分類似，3DP是一層一層地印，而噴墨打印機是一條直線一條直線地噴，通過若干直線的疊加形成圖像。它通過對電腦中三維軟件的識別，進行STL(三角網格格式)轉換，再結合切層軟件確定擺放方位和切層路徑，并進行切層工作和相關支撐材料的構造。

　　最后使用噴頭將固態的線型成型材料加熱成半熔融狀態之后擠出來，和支撐材料自下而上，一次一層的構鑄成最終實體。簡單的說，可以理解為軟件把物體分成若干個橫截面，而三維打印機將這些橫截面一次一層的沉淀、堆積，最終形成我們所需的實體。

　　目前，3D打印技術已經得到了廣泛的應用，而且也出現了許多創舉，如打印人造肉、打印3D血管、打印人體骨骼以及制作生物模型等等，也許在不久的將來正的可以利用打印技術“克隆”一個完成的人。

　　打印機可以直接打印食物?別懷疑，你絕對沒有幻聽，因為這在不久的將來即將實現。據國外媒體報道，科學家使用創新3D打印機技術在實驗室培育出人造肉，鮮肉組織可在糖類物質構成的框架上生長，口感與真肉十分相近。

這項技術可以生產出帶脈管組織的人造器官

　　血管依附于糖“框架”生長，肉就圍繞著這些血管從內向外生長。這種技術能夠培育出具有真實肉紋理及口感特點的人造肉，同時該技術還可用于培育鮮活人體器官，比如用于手術移植的肝臟等。這種技術聽上去有點不可思議對吧!實際上這一技術就快成為現實了。

“從內向外”生長的方式來培育器官

　　由于一種3D打印技術取得了階段性的突破，在實驗室生產出與真肉風味無異的人造肉的這種想法已經近在咫尺。科學家們表示，該項技術也可用來生產用于醫療移植的人造器官。

　　來自賓夕法尼亞大學的研究人員已經發現糖類的3D打印模板以及于上面生長的肉類這項技術可以生產出帶脈管組織的人造器官。其工作原理是將肉由內向外“打印”出來，這樣便于先“打印”出脈管系統，從而使得肉可以圍繞著這些脈管系統生長。研究員米勒(Miller)表示，“有時候要解決一些復雜問題，最簡單的方法往往來自于一些基礎理論。”當他去人體世界(Body Worlds)展會時得到了啟示。在那兒觀眾可以看到由塑料鑄件制做的完整器官脈管系統。”

　　目前，科學家們正在開發一種既十分剛性又能以三維圓柱細絲形式穩定存在的物質;而且還要求這種物質易溶于水并且對細胞無毒副作用。經過多次測試之后，研究人員發現一種完美的糖類混合材料。米勒補充說到，“研究小組測試了許多不同分子式的糖類，最終將糖所有的性質進行了優化篩選。”

　　資料顯示，目前并沒有單一形式的膠體物質能夠匹配各種類型的工程器官，科學家們也希望能開發出一種能夠對任何細胞或水溶性膠體都兼容的單糖。研究人員說到，將人類血管細胞注入到該脈管網絡中，它會自發地產生新的愈傷組織，這與機體內血管生長方式幾乎無異。研究人員表示，對于如何將那些類型的脈管網絡與天然血管直接聯接目前還有許多機理尚不十分明了。深入地研究下去肯定會收到令人興奮的結果。

　　美國科學家使用糖類物質作為“墨水”，可以打印出血管組織，未來他們還計劃在這種3D打印血管組織上植入活體器官，用于動物體科學研究工作。

　　據國外媒體報道，下一個3D打印機的重大突破是什么呢?3D打印血管將帶給人們驚喜。2011年9月，當人們關注德國研究人員如何建立可打印的血管組織時，來自美國麻省理工學院和賓夕法尼亞州大學的一項聯合研究取得了更近一步的成果，在這項最新研究中，研究人員使用糖物質混合物和自制式3D打印機建立了一個完整的血管組織。

　　這種3D打印機使用糖物質混合物作為“墨水”打印出所期望的血管組織，這種糖物質的性質可打印出模板，這是一種臨時性管狀網格模板。之后研究人員使用聚合物覆蓋在管狀網格模板上，來穩定這個打印模板。一旦該打印模板穩定下來，研究人員將活細胞放置在模板上，建立固態組織，這些糖物質將溶解，僅留下一個網狀血管組織供液態物質流動。

　　該研究小組成員喬丹-米勒(Jordan Miller)接受《IEEE光譜》雜志記者采訪時稱，創新性打印血管組織的設計理念源自我們曾參觀過一次人體世界展，在這次展覽中，參觀者可看到呈現出來的塑料人體血管，從而激發我們使用糖類物質按照類似的方法建立人體血管。研究小組的目標是在3D打印血管的基礎上植入“活體器官”，從而進行動物體科學研究。>>

　　在不久的將來外科醫生們或許就將可以在手術中現場利用打印設備打印出各種尺寸的骨骼用于臨床使用。這種神奇的3D打印機現在已經被制造出來了，而用于替代真是人體骨骼的打印材料則正在緊鑼密鼓地測試之中。相關論文發表在近期出版的《牙科材料》(Dental Materials)雜志上。

　　在實驗室測試中，這種骨骼替代打印材料已經被證明可以支持人體骨骼細胞在其中生長，并且其有效性也已經在老鼠和兔子身上得到了驗證。未來數年內，打印出的質量更好的骨骼替代品或將幫助外科手術醫師進行骨骼損傷的修復，用于牙醫診所，甚至幫助骨質疏松癥患者恢復健康。

　　薩斯米塔·博斯(Susmita Bose)說：“如果醫生有一位病人的病變骨骼部位CT掃描圖像，我們就能將其轉為CAD圖紙并根據病人的病變情況制作相應的代替骨骼。” 博斯是一位來自華盛頓州立大學的機械和材料工程師。

　　3D打印技術最近迅速興起，成為炙手可熱的新型產業，它可以打印的立體產品種類正迅速增加。為了打印骨骼材料，博斯和她的同事們使用了一臺商業銷售的ProMetal 3D打印機進行測試。這種3D打印機最初的設計目的是為了打印金屬件。它會逐層噴灑塑料膠粒在一層粉末基底之上并逐層成型。每一層的厚度僅相當于人的頭發絲寬度的一半。

　　這種骨骼支架的主要材料成分是磷酸鈣，其中還額外添加了硅和鋅以便增強其強度。當它被植入人體內之后可以暫時起到骨骼的支撐作用，并在此過程中幫助正常骨骼細胞生長發育并由此修復之前的損傷，隨后這種材料可以在人體內自然溶解。

　　科學家們花費4年時間才找出這種材料的合適配方，其中涉及化學，材料學，生物學和工藝科學的諸多學科。這項研究工作得到了美國國家健康研究院的150萬美元資助。 

　　全文總結：用3D打印機“克隆人”是不可能的，這點筆者很清楚，畢竟在這種情況下“克隆”的只是一個外殼，不會有精神與靈魂。不過卻是可以將這種“克隆”技術應用于醫學研究及模擬手術和培訓。

　　3D打印機的出現，勢必將會引發三維革命。分析人士預計，在制造商的推動下，到2016年3D打印業的資金會達到31億，從鞋子到轎車，任何東西都能打印出來。到了3D打印機普及時，外出旅行忘記帶牙刷了，沒關系，只要一按打印機的按鈕，就可以打印一把牙刷出來。就像是“克隆人”一樣，這種聽起來像科幻電影的情節，能夠把虛擬變成真實，那時“克隆”將不會是夢！