3D列印你的肝臟 或可避免醫療糾紛

作者 | 發布日期 2013 年 09 月 17 日 13:00 | 分類 3D列印 , 生物科技 , 醫療科技
3D print liver

利用 3D 列印技術生出器官移植所需要的組織或器官,一直是再生醫學裡為人注目的方向,雖然我們在之前的報導就已提到,面對某些結構較複雜的器官,3D 列印還未到真正實用階段,不過這不代表 3D 列印對治病沒什麼用處。事實上,日本神戶大學一位醫師就拿著一顆來自真實肝臟的 3D 列印「影本」做研究,以便在真正手術前先做好規劃。



當成模型也可以

神戶大學大學院消化器內科特命講師杉本真樹,今年碰到了稍微「麻煩」一點的手術。病患是位需要肝臟移植的小朋友,捐贈者已經確認是他的父母親,但問題很快就出現了:大人的肝是沒有辦法直接塞進小朋友的體內,因為空間不足。

為了完成這個「削足適履」的任務,杉本利用捐贈者的 CT 與 MRI 造影資料,找廠商製作了一顆實物大小的肝臟。這顆肝臟不但形狀跟真的一樣,透過透明的材質,還可以看到內部血管等組織的位置,真正有用的地方是,杉本可以先從這個「影本」開始研究怎麼切割捐贈者的肝臟以配合病患的需要,他甚至可以在規劃完成後,直接在影本上下刀做最後的確認,都不會對真正的捐贈者有什麼影響。

3D print liver

▲杉本真樹正在利用3D列印器官規劃手術內容(Photo Credit: 杉本真樹)

由此看來,3D 列印技術雖然還無法真正做出一顆可以用的肝臟,至少在手術準備階段已經發揮了作用,不只肝臟,其他臟器例如心臟、腎臟等也都可以比照辦理,在教學或研究方面也可能產生新的應用。也許將來 3D 列印成本降低後,負責任的醫師會拿著病患的肝臟到病房做術前說明,不但可以降低病患的疑慮,還可以增進醫病關係,有幽默感的病患說不定還會想請求把這個「影本」帶回家留念。


▲杉本真樹在TED發表演說

發展中的 3D 列印器官

心、腎這些內臟類的 3D 列印器官目前還沒有實際的應用方案,不過下面這些器官的腳步比較快一點,當然原因之一是,它們的構造較為簡單:

3D print bone
▲骨骼(Photo Credit: Washington State University)

用陶瓷材料列印骨骼的支架,外包覆一層塑料黏著劑,用攝氏1,250 度高溫烘烤兩小時,再植入培養過的人類骨骼細胞,一天後即可使用。這種 3D 列印的骨骼有個很大的好處是,透過病患的 MRI 造影資料可以客製化骨骼的形狀,骨頭斷裂處可以完全密合。

3D print skin
▲皮膚(Photo Credit: Wake Forest Institute For Regenerative Medicine)

儀器首先掃瞄皮膚受傷的部位,接著印表機噴頭射出凝血酶以及混合膠原細胞與纖維細胞的「墨水」。印表機要先列印纖維母細胞層,接著列印角質細胞層。3D列印皮膚可以免去傳統在大腿或臀部移植一片皮膚至患部,結果又造成另一個傷口的問題。未來這種皮膚列印設備還可「行動化」,隨時隨地皆可使用。

3D print blood vessel
▲血管(Photo Credit: University Of Pennsylvania)

賓夕凡尼亞大學與麻省理工學院利用開放源碼 RepRap 3D 印表機加上客製軟體試圖列印血管。他們先列印了以糖為材質的絲狀網路,外層包覆著取自玉米製造成的聚合物。接著他們注入含有組織細胞的凝膠物質到模子中,最後,他們用水沖洗掉糖份,就剩下了一個有中空管道的組織。研究者發現透過這種管道輸送營養可以提高周邊細胞存活的機會,這是3D列印其他器官的重要基礎。

3D print ear
▲耳朵(Photo Credit: Cornell University)

運用 SolidWorks CAD 軟體,研究者將掃瞄來的兒童耳朵 3D 資料,設計成一個包含七個部位的模子,接著注入膠原細胞做為支架,以及牛軟骨細胞。15 分鐘後移除模子,經過三個月的細胞培養,軟骨組織已經可以完全替代膠原細胞。對於先天外耳畸形的兒童來說,外耳形狀異常會影響其聽力的發展,當然也會影響社交,置換外耳軟骨重建外形是一舉兩得的事。

(Opening Photo Credit: 杉本真樹)

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