據了解,今年的國際著名發明獎James Dyson Awards授給了由兩位加拿大學生開發的3D生物打印機PrintAlive。該生物打印機,能夠制造人造皮膚以用于燒傷患者的皮膚移植。
目前,雖然PrintAlive仍處于商業化之前的開發階段,但這種方法顯然比用傳統的方法進行皮膚移植更為有效,因此可望在醫療領域擁有光明的應用前景。
這臺PrintAlive 3D生物打印機是由兩個多倫多大學的工程專業學生(專業方向分別是機械和生物醫學工程)共同開發的。她們是: Arianna McAllister和Lian Leng。 它開始是兩個人的MASc碩士項目,這之后Leng將其作為博士項目繼續進行研究。
第二代PrintAlive 3D生物打印機原型
值得注意的是,他們的PrintAlive生物打印機與傳統的擠出式3D打印技術還是有一些相似之處的。但是,這臺3D生物打印機并不是像FDM 3D打印機那樣一層層地堆積可移植皮膚。而是擠出一種被稱為“活繃帶”的水凝膠。該凝膠是由生物聚合物、人角質形成細胞(一種皮膚細胞)和成纖維細胞(即在傷口愈合中起關鍵作用的蜂窩結構體)混合而成的。
然后該混合物以3D結構被擠出,在醫療專業的眼光看來,它很象人類皮膚的外層——表皮和真皮層。在擠出過程中,該混合物被打印成離散和清晰的蜂窩結構體,以模仿實際的皮膚細胞。這使得它成為治療燒傷患者特別有用的物質,因為它可以簡單地覆蓋在燒傷創面上。
此外,它克服了治療嚴重燒傷時經常要面對的幾個問題。最突出的是,該水凝膠可以短時間大量的制造,而其他生長細胞的方法則通常需要數周的培養,據天 工社所知,這種時間的拖延往往會使很多患者傷情惡化。正如打印機的發明者指出的那樣:“對于一些嚴重的燒傷患者,其皮膚的表皮和真皮層往往都受到嚴重破壞,加速傷口縫合是有利于患者治療,降低死亡率的關鍵; 燒傷后,患者的生存率與傷口穩定所需時間和燒傷面積成反比關系,燒傷面積每增加10%,燒傷患者的生存可能性就降低10%。”
因此,PrintAlive生物打印是提高燒傷患者存活率的重要一步。在不久的將來,她們希望能夠即刻制造出大型的定制水凝膠片。
除此之外,她們的3D打印皮膚混合物還有其他的優勢。由于PrintAlive使用患者自身的細胞,從而減少了感染,甚至排異的風險。同時它還能有效降低治療成本。發明者解釋說:“我們能夠高度集中地定位投放人體細胞,而不是在整個面上均勻地填充,從而將所需細胞的數量減少了75%。同時也使的移植手術的準備時間相應地減少。”
不過,在PrintAlive 3D生物打印機被全世界的醫院普遍應用之前還有許多工作要做。Leng 和McAllister目前正在開發她們的第二代原型機,產品仍然還沒進入商用階段。 他們正在研究開發適用于復雜動物模型的更大打印機。希望在不久的將來,能夠看到在商業上可用的PrintAlive 3D生物打印機。