體內修復受損組織和器官,不再是科幻電影想像

作者 | 發布日期 2020 年 06 月 16 日 8:30 | 分類 3D列印 , 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


高等生物或機器受傷後能自我修復,是科幻作品常見的設定。

《魔鬼終結者》的 T-1000 機器人,身體由液態金屬構成,被破壞後能自己恢復。

《X 戰警》金剛狼的突變能力,讓他可在短短幾秒再生受損組織。

《全面進化》的科學家威爾,利用奈米技術修復人體受傷部分。

科幻作品的呈現,都是無需外科手術、在人體內自我修復,離現實依舊遙遠,但藉助科學手段,能一定程度達成組織重生。

《Science》子刊《Science Advances》近日刊登論文《Noninvasive in vivo 3D bioprinting》(無創體內 3D 生物列印)。實驗結果表明,研究者成功達成在體內 3D 列印器官。

3D 生物列印技術用於修復組織和器官,是臨床醫學的趨勢,但通常還要進行外科手術。一是體外完成 3D 列印,手術植入體內。二是透過外科手術開刀,再 3D 列印需要物品。

這些 3D 生物列印方式,難以滿足特定臨床應用。比如皮膚下內傷,外科手術的創傷會損壞組織,引起繼發性傷害。對整形外科,手術留下傷疤會影響外觀。無創 3D 生物列印正是解決方法。

論文研究者藉助數位顯微鏡、近紅外線和「生物墨水」,在小鼠身上成功達成體內 3D 列印人耳朵。

首先,研究者會注射「生物墨水」到小鼠背部。這種「墨水」實際上是水凝膠顆粒和軟骨細胞的組合。接著,透過控制電腦把自訂耳朵形狀模型,傳送到數位顯微鏡裝置(Digital Micromirror Device)。

▲ 無創 3D 生物列印流程。

然後藉助近紅外線,把數位顯微鏡裝置的耳朵形狀圖案,投射到「生物墨水」上。墨水包含奈米觸發劑,能引發光聚反應,水凝膠顆粒會黏在一起,並一層層發展出耳朵結構。

一個月後,軟骨細胞就會圍著水凝膠結構長出來,最終越來越像真人耳朵的軟骨形狀。實驗時小鼠沒有重大發炎或其他副作用。

研究結果驗證,在有機體內無創 3D 生物列印可行。

▲ 圖 G 為無創 3D 生物列印構建的耳朵。

這種技術可用於治療小耳症。小耳症又稱先天性耳道閉鎖,症狀為出生時耳朵比較小,且沒有外耳道。

每個地區的小耳症流行率不同,按每 1 萬名新生兒計算,最低地區平均有 0.83 名患小耳症,最高的地區(亞洲)有 17.4 名。

通常治療小耳症需進行外科手術,把人工打造的外耳植入患者的外耳部位。如上述,外科手術可能會引起其他創傷,頗適合使用無創體內 3D 生物列印技術。

研究人員表示,除了小耳症,還可能用於修復鼻子、手指、腳趾或手肘等受損軟骨。但髖關節和膝關節深部軟骨缺損很難修復,因為近紅外線通常只能穿透約 2 公分人體組織。

這項研究的長遠目標,是希望修復心臟或肺等其他受損器官。這比修復軟骨困難得多,因心臟和肺部含更多細胞種類,所處位置更深,且會不斷運動。

(本文由 PingWest 授權轉載;首圖來源:pixabay

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