功能全面的可移植器官可能是醫(yī)療行業(yè)3D打印技術(shù)的下一個重大步驟，但這還有一段路要走，目前生物工程師正試圖完善小型組織的制造。3D打印在生產(chǎn)人工版本的器官方面取得了長足的進步，器官通常被用作外科手術(shù)的指導(dǎo)。明尼蘇達大學(xué)的一組研究人員最近申請了自己的開創(chuàng)性技術(shù)專利，該技術(shù)成功地創(chuàng)造了最為生動的器官復(fù)制品。

明尼蘇達大學(xué)機械工程系副教授Michael McAlpine是2017年科學(xué)家和工程師總統(tǒng)早期職業(yè)獎（PECASE）獲得者。他表示，“使用我們的定制3D打印機，我們的3D打印器官模型幾乎完美的仿制個人器官的外觀和感覺......我們認(rèn)為這些器官模型可以幫助外科醫(yī)生更好地進行手術(shù)計劃和實踐。我們希望通過減少手術(shù)過程中的醫(yī)療失誤來拯救患者生命?！?/span>

幾年前，McAlpine在普林斯頓成立了McAlpine研究小組，并且因3D打印“仿生耳朵”的發(fā)展而受到關(guān)注。集團早期的項目之一是使用自己的定制3D打印機生產(chǎn)微小、可伸縮的電子感應(yīng)設(shè)備。這些設(shè)備可以用作手術(shù)機器人的仿生皮膚，或者直接打印到人體皮膚上的新一類可穿戴設(shè)備。

研究人員將人造器官的發(fā)展視為手術(shù)指南，為三名患者的前列腺進行MRI掃描和組織標(biāo)本。他們測試了組織，然后使用了定制的有機硅油墨，這些油墨經(jīng)過修改，可以精確匹配每位患者前列腺組織的機械特性。在使用這些油墨3D打印前列腺模型之后，研究人員將軟的3D打印的傳感器附加到模型上。然后，團隊能夠觀察腺體如何對壓縮測試和各種手術(shù)工具的應(yīng)用進行反應(yīng)。

“傳感器可以給外科醫(yī)生提供實時的反饋信息，以此表明在手術(shù)過程中可以使用多少力量而不損傷組織。這可能會改變外科醫(yī)生如何思考個性化醫(yī)療和術(shù)前實踐，”明尼蘇達大學(xué)機械工程博士后研究員、論文的主要作者Kaiyan Qiu說。“具有組織和集成傳感器物理特性的3D打印器官模型”的研究論文已經(jīng)發(fā)表在“Advanced Materials Technologies”雜志上。

該團隊現(xiàn)在正在為這個創(chuàng)新的3D打印系統(tǒng)尋求專利，他們相信它可以很容易地應(yīng)用于生產(chǎn)更復(fù)雜的器官。使用合適的油墨或油墨組合，甚至可以讓他們復(fù)制特定人體器官內(nèi)特定腫瘤或畸形的模型。這將使外科醫(yī)生能夠更有效地進行手術(shù)前期規(guī)劃。

目前外科醫(yī)生使用的大多數(shù)人造器官都是用硬塑料或橡膠制成的，而且它們往往在外觀上和表現(xiàn)方式上與真實的生物相似。但現(xiàn)在3D打印公司提供了更加有效的解決方案，而3D打印巨頭Stratasys公司最近發(fā)布了Stratasys Biomimics材料，已經(jīng)對這種不斷增長的逼真模型的需求做出了回應(yīng)?？紤]到將其項目商業(yè)化的正確工具，McAlpine研究小組及其合作者已經(jīng)做好準(zhǔn)備，可以充分利用這一新的市場空白。

該研究主要由美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）資助，其中包括國家生物醫(yī)學(xué)成像和生物工程研究所以及全國心臟、肺和血液研究所。據(jù)NIBIB生物傳感器項目主任Seila Selimovic博士介紹：“這個項目說明了機械工程師和醫(yī)生能夠成功合作開發(fā)新穎有前途的醫(yī)療技術(shù)。”