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密歇根大學(xué)公共醫(yī)療中心為一個(gè)美國俄亥俄州的男孩Kaiba Gionfriddo的喉嚨里植入了一個(gè)3D打印機(jī)制作的人工氣管，幫助其正常呼吸。手術(shù)在去年2月進(jìn)行，現(xiàn)在19個(gè)月大的Kaiba健康成長，呼吸正常。
Kaiba Gionfriddo，氣管有先天性缺陷，出生6個(gè)星期后出現(xiàn)呼吸困難狀況，由于通往心臟及肺部的主要?jiǎng)用}錯(cuò)位，氣管受到壓迫，幾乎每天都會(huì)突然停止呼吸。醫(yī)生曾判定其不能活著走出醫(yī)院。
這是國際醫(yī)療史上首個(gè)3D打印人體器官成功移植的案例，在3D打印人體器官技術(shù)出現(xiàn)前，患者只能透過器官捐贈(zèng)或是干細(xì)胞培育進(jìn)行治療。
“當(dāng)時(shí)他臉色發(fā)綠，停止了呼吸。”Kaiba的父親說，第一次發(fā)生呼吸困難癥狀時(shí)，嚇得立即將孩子送進(jìn)醫(yī)院搶救，通過心肺復(fù)蘇術(shù)才醒過來。之后的一個(gè)多月時(shí)間里，Kaiba的情況越來越嚴(yán)重，只能通過呼吸機(jī)來維持生命。
醫(yī)生告訴他們，Kaiba所患的疾病是“氣管支氣管軟化癥”，不嚴(yán)重的病例在3歲時(shí)就會(huì)自愈，嚴(yán)重者很可能因呼吸困難而死亡;而Kaiba的情況較為嚴(yán)重，意味著在2個(gè)月大之前，都需要?dú)夤懿骞?，以維持通氣。
“很多醫(yī)生都說他很可能不能活著出院。”Kaiba的媽媽說。
2012年2月9日，Kaiba在密歇根州的C.S.Mott兒童醫(yī)院做了個(gè)手術(shù)，一個(gè)3D打印氣管被放置在了Kaiba氣管的缺失部位。
密歇根大學(xué)公共醫(yī)療中心的生物醫(yī)學(xué)工程師David A.Zopf說，整個(gè)3D打印過程是這樣的，先用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)適合Kaiba的氣管支架模型，再用熱塑性的生物可吸收材料(聚己內(nèi)酯)，用3D打印機(jī)打印出100條細(xì)小管道，再利用電腦激光技術(shù)，砌出一層層不同形狀和體積的塑料薄層。
第二天，在美國食品藥品監(jiān)督管理局的允許下，醫(yī)生將其中一個(gè)迷你氣管植入Kaiba的喉嚨里，即氣管中缺失的部位。在移植手術(shù)中，依靠支架上的孔洞與氣管進(jìn)行固定。
安置支架7天后，開始逐步撤除機(jī)械通氣機(jī)，并在手術(shù)后21天完全停止呼吸機(jī)支持。一年以后，通過內(nèi)窺鏡造影手術(shù)觀察患兒的左主支氣管，發(fā)現(xiàn)一切正常。
密歇根大學(xué)的專家介紹，3D打印的氣管有個(gè)切口，隨著孩子氣管的生長，該人造氣管也會(huì)隨之脹大。“這是其他固定的人工氣管移植所做不到的。”
“這起案例表明，高分辨率成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與生物材料的3D打印結(jié)合起來，可以針對(duì)患者的特定解剖條件創(chuàng)建可植入設(shè)備。”
人體組織復(fù)雜
3D打印人體器官目前還不能徹底解決問題
《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》報(bào)道了這一案例后，不少專家都表示看好3D打印人體氣管在醫(yī)學(xué)上的運(yùn)用。
今年4月有另一個(gè)類似于Kaiba的案例，一名2歲的小女孩出生時(shí)沒有氣管，醫(yī)生在一個(gè)塑料管里，用她自己的干細(xì)胞培養(yǎng)出一支氣管，最后在美國Peoria醫(yī)院成功完成手術(shù)。
“很多人質(zhì)疑3D打印人造器官的應(yīng)用，理由是人體組織本身非常復(fù)雜，有細(xì)胞、顯微組織、結(jié)締組織、脂肪等，但現(xiàn)在我們?cè)谝徊揭徊絹?，比如Kaiba并不是沒有氣管，他只是氣管缺失，因此我們需要的只是一個(gè)適合其氣管尺寸的連接支撐裝置，由安全材料制成的人造氣管完全可以勝任。”
紐約Einstein醫(yī)學(xué)院的專家John Ben說：“但是該人造氣管目前并沒有能夠徹底解決問題，等到Kaiba氣管發(fā)育較成熟后還要做氣管切開套管移植手術(shù)。因此，3D打印氣管這項(xiàng)技術(shù)的臨床作用究竟如何，還得等待時(shí)間來告訴我們答案……但我想孩子們會(huì)首先受益于此技術(shù)。“
3D打印的動(dòng)脈有望用于心臟搭橋手術(shù)
2010年6月，美國Organovo公司就已宣布研制出商業(yè)化的3D生物打印機(jī)，其可成功制造動(dòng)脈，而這打印出來的動(dòng)脈應(yīng)用于心臟搭橋手術(shù)也有望在5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)，此外，其表示10年內(nèi)還將生產(chǎn)出能“打印”心臟、牙齒和骨骼等更為復(fù)雜器官的機(jī)器。
該消息由英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志報(bào)道。報(bào)道介紹，所謂的生物打印機(jī)，即它用的原料是人體細(xì)胞，它的工作原理類似于在工業(yè)中用于制造部件和功能模型的快速成型機(jī)。
研究人員首先從成年病人的骨髓和脂肪中提取出干細(xì)胞，通過采用不同的成長因子，這些細(xì)胞能夠被分化成不同類型的其他細(xì)胞;然后他們?cè)賹⑦@些細(xì)胞弄成液滴，每個(gè)液滴中包含1萬到3萬個(gè)細(xì)胞。
液滴在打印機(jī)中沉淀并聚合在一起，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)。打印頭每經(jīng)過一次，進(jìn)行打印操作的底座就下移一個(gè)刻度，通過這種方式，打印的器官可逐漸成形。
“這臺(tái)3D生物打印機(jī)有兩個(gè)打印頭，一個(gè)放置最多達(dá)8萬個(gè)人體細(xì)胞，被稱為‘生物墨’;另一個(gè)可打印‘生物紙’，即含水的凝膠，可用作細(xì)胞生長的支架。3D生物打印機(jī)使用來自患者自己身體的細(xì)胞，所以不會(huì)產(chǎn)生排異反應(yīng)。”
