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【行業動態】3D打印未來可造腦組織


來源:增材制造協會

[導讀]  憑借3D打印技術,可以造出活性的人體組織?在不遠的將來,這將不再只停留在科學幻想的層面。

中國粉體網訊  上周五舉行的首批科技項目評審會,為備受矚目的實驗室揭開了神秘面紗。這座志在打造國家實驗室的戰略科技創新平臺,如何同時瞄準國家重大專項與佛山產業共性關鍵技術需求,又如何同時服務國家重大戰略需求和服務地方經濟發展,引起了廣泛關注。  


前沿項目  


未來3D打印可造腦組織  


憑借3D打印技術,可以造出活性的人體組織?在不遠的將來,這將不再只停留在科學幻想的層面。“未來,人們對生命質量的追求會越來越高。作為國際制造技術前沿,3D打印活體生命組織將是未來國家民生戰略和新興產業的方向。”在項目評審會上,實驗室的特聘教授介紹說,該項目將圍繞著常見的人體疾病展開,包括軟骨與骨組織、乳房組織、多層皮膚組織、腦與神經組織等4個課題。該項目由前沿應用和基礎研究來支撐。教授希望,能夠形成對實驗室支撐的平臺,來孵化創新的成果。  


在軟骨與骨關節組織制造的研究中,教授團隊的目標是制造出軟骨與骨組織共同構建的一種支架,讓軟骨和骨結合在一起,來修復大段的軟骨組織缺損。在乳房組織制造研究中,目標是制造出可降解的活性乳腺支架,目前已有臨床應用。“過去制作的皮膚組織只有表面一層,沒有通氣、釋放汗液的功能。”教授接著介紹,多層皮膚組織的制造,屬于細胞3D打印技術,現在正在做小鼠實驗。而對腦組織制造來說,該課題不只是為修復大腦提供方案,更重要的是為腦科學研究提供模型,實現腦組織多層3D打印結構在培養環境中的生長。   


“軟性組織如何與人體組織相匹配、融合,軟、硬組織界面如何形成,高精度多細胞打印如何存活、共生——這些都是研究中的新趨勢和新挑戰。我們希望從設計、制造到形成功能,來發展這方面的研究,包括了設計、材料、工藝、裝備和功能體系等各個方面。”教授稱,未來的前沿方向是向著3D打印腦組織、神經組織發展。而他的團隊現在要著力解決的科學問題包括,人體組織在宏、微觀層面應該如何設計;如何實現多材料的人體組織制造;如何保持3D打印組織的活性,以及如何讓其與人體共存。  


解密有多“頂天”?  


沖擊國際領先水平  


從20世紀90年代初起,體外醫療模型和器械的3D打印逐漸興起。1995年前后,國際上出現了3D打印人體組織的“替代物”,但這類植入人體的“替代物”并沒有活性。在1998年至2003年,3D打印向活性組織的研究方向(即組織工程支架)發展;在此前后,細胞3D打印的研究也開始出現。  


2001年,教授的團隊就利用3D打印技術制造出下頜骨。他的這一成果比國外的臨床應用,早了十年。2016年,該團隊又做出了氣管和乳房的組織工程支架。“這兩項研究在國際上都是最早的。而在細胞3D打印(即多層皮膚組織制造、腦組織與神經制造的技術)的研究上,國內外都沒進入臨床應用。”教授表示,希望能夠推動3D打印人體組織與器官,從人工假體向活性組織、從硬組織向軟組織制造方向發展。  


專家提問  


預計多長時間實現產業化?  


從國外來看,美國哈佛大學、麻省理工學院、維克森林大學、密西根大學和澳大利亞昆士蘭科技大學都在從事此類研究。其中,在打印血管化可降解軟組織、可降解氣管支架的研究上,教授的團隊能夠和美國哈佛大學、密西根大學的團隊“并跑”。“我們追趕國際先進水平,完全有可能,研究的總趨勢在向活性組織發展。”教授表示,在醫療應用上,第四軍醫大學和上海交通大學第九人民醫院都開始了臨床實驗的研究。  


對該項目,有評審專家提出,產業化的時間要多少年?“我們希望到廣東(佛山),快速地實現成果的產業化。”教授表示,以3D打印下頜骨的研究為例,從2004年向藥監部門申請注冊到通過注冊,經歷了14年。而今年,國家開始出臺相關的指導文件,這和科學研究的推動密不可分。他進一步表示,產業化的過程不只是解決技術的問題,希望通過技術引領能從技術、管理和政策層面產生推動。  


“立地”項目  


如何突破科學問題?  


除了國家重大戰略需求的“頂天”項目入圍,在首批項目評審會上,一批關系產業轉型升級和地方經濟發展的項目入圍。這包括改變國內數百億汽車線束產業人工生產現狀的汽車線束智能柔性自動化生產線,也包括瞄準萬億制衣市場的智能柔性制衣技術和裝備。“這些‘立地’的項目首先要解決佛山乃至廣東、全國的制造業所亟待解決的關鍵技術。”實驗室理事長、主任進一步表示,期望這批項目能夠促使我國制造業有長足發展。  


以或將改變醬油釀造產業格局的人工光照系統研制項目為例,該項目所要突破的是,填補世界上光照醬油曬制技術及設備的研究空白,甚至以此為切入點實現醬油的智能制造。作為項目負責人,復旦大學工程與應用技術研究院教授劉木清表示,希望借助LED光譜系統照射發酵罐,來實現醬油釀造中光的完全控制,并進一步通過控制光照來提升醬油的風味和品質。  


這樣一個富有想象力的應用基礎研究項目,有沒有可能在解決科學問題上有突破呢?項目評審會上,有評審專家具體指出,光照和醬油風味之間的關系與科學問題關聯,是創新和難點所在。這一觀點引起了其他評審專家的關注。有專家建議,可以從小量生產開始,進一步設法把醬油風味做出國家標準。此外,風味如何影響了人體健康,也需要展開基礎研究。  


總的來說,在確保引入項目既能“頂天”、又能“立地”方面,實驗室在引入科技項目的過程中采用了“半定向”“基本定向”的方式,為的就是讓國內最有能力解決科學問題的團隊和用戶單位(企業)一起參與進來,共同提出初步的項目方案。主任介紹說,在此過程中,要先廣泛調研,規劃出“頂天立地”最需要解決的問題,然后帶著這些問題,來和科技團隊商談。這對保證這些項目“貼地飛行”有著重要的意義。       (粉體網編輯整理/土豆兒)

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