广医成功研制超炫打印机：10多秒即可打印厘米级类器官结构
南方Plus2023-03-14 22:05
近日，广州医科大学生物医学工程学院谢茂彬教授团队自主研制了一款新型超快速体积3D打印机，不仅能在一分钟内打印出一个复杂的类器官结构，而且能更好地保持细胞活性，从而帮助肿瘤医生更好地指导肿瘤患者的用药。
十几秒重建厘米级人工器官
2019年，以色列特拉维夫大学的科研人员使用人体组织制造出了世界上第一颗3D打印心脏，给需要通过“换心”来延续生命的晚期心衰患者带来了新希望。
如今，3D打印在医学领域的应用已有时日。在临床上，医生不仅可以利用3D打印技术复制牙齿、骨骼等人体部位或器官，用于医学训练和研究，还可以打印患者的某个器官，帮助医生进行手术前的研究判断和准备。
不过，传统生物3D打印机大多使用的是逐层打印技术。科学家如果打印一个厘米级尺寸的人工器官，一般需要半个小时甚至十几个小时。而在打印过程中，物体之间还会相互摩擦，对细胞造成较大的物理伤害。由此来看，传统生物3D打印技术不仅耗时长，而且损耗大，不利于细胞存活。
为了突破传统生物3D打印速度慢和细胞存活率低的瓶颈，谢茂彬于2019年开始就带领团队研制超快速体积3D打印机。今年2月，谢茂彬团队的“超快速体积打印机：生物3D打印变革者”项目在第一届粤港澳大湾区博士博士后创新创业大赛决赛中，以总分第一名的优异成绩获得金奖。
谢茂彬介绍，超快速体积3D打印机类似于CT成像技术的一种反向运用，实验者先把所需打印物体的二维图片录入到电脑中，计算机将通过特定算法，把图片纵向投影到旋转中的打印瓶，光敏的生物打印材料在接收到光线后就会固定成形，大约十多秒后，一个三维物体就出现在打印瓶中了。
谢茂彬形象地解释这一项技术——“就好比一副3D眼镜，机器‘戴’上后，原本‘看到’的二维画面就变得更加立体了。”他说，新技术的一大突破是可以在数秒或十几秒内完成一个厘米级人工器官的重建，还能实现细胞存活率大于95%。
广州医科大学生物医学工程学院副院长谢国喜补充道：体积3D打印机采用的是全息投影的算法，打印机所发射出的可见光会从各个方向投射进打印瓶中，就会形成一个三维结构的物体。
“这一项技术不仅快，而且实现了无接触打印，能有效保持细胞的活性成分。”谢国喜举例，传统生物3D打印机打印一颗心脏可能需要十几个小时，而超快速体积3D打印机可以在1分钟内完成无接触打印，最大程度保持细胞的活性成分。
精确重建类器官用于药物指导
谢茂彬介绍，该项生物3D打印技术的应用场景十分广泛，包括组织工程、再生医学、类器官构建、药物筛选、个性化药片定制和医疗部件（如骨螺钉、微针贴片）构建等。目前，团队将重点开展3D打印类器官在肿瘤精准治疗上的应用。
谢国喜介绍，类器官是一种利用成体干细胞在体外培育而成，具备三维结构的微器官。每一位肿瘤患者对不同药物有着不同的敏感性。医生为了快速知道哪一种药物对患者最有效，就需要提取肿瘤部位细胞去制作肿瘤“类器官球”，模拟器官在人体内的环境，然后通过药物筛选试验，目的是找到最适合治疗患者的药物。“类器官可以模拟体内真实器官的三维结构与功能，在体外构建一个类似体内的器官环境。通过打印类器官进行个性化用药指导，对肿瘤患者群体而言意义重大。”
传统的类器官依赖人工方式制备，从制备到培养需要2—3周，往往会超出肿瘤患者3-5天的治疗窗口期。体积生物3D打印机可以在35—60秒内，一次性打印出96个“类器官球”，这不仅大大节省了制备时间，降低了材料的成本，而且能让医生在一周内为患者提供个性化的用药方案。
该项目团队已完成样机开发和功能验证的工作，其中样机已陆续提供给广州部分高水平实验室、大型生物科技公司和三甲医院试用。同时，该项目团队还与类器官相关公司和医院启动临床转化工作，共同推进3D打印类器官在肿瘤精准治疗和患者个体化药物筛选指导用药上的进步。
【记者】黄锦辉
【见习记者】厉思璇
【通讯员】广医宣
【作者】 黄锦辉；厉思璇
广东健康头条
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