3D生物打印技术的科普

3D生物打印技术美学应用：3D PUFF水光刀 一、什么是3D生物打印？ 3D生物打印是当前科技昀前沿的领域之一，是集生命科学、材料科学、制造科学交叉融合的新兴产物，在生物体外构建具有一定生物功能的组织和器官，用于病损组织和器官的修复与替代。与工业3D打印的模型制造过程类似，3D生物打印通过电脑建模来设计需要打印的器官剖面图，然后精准地指导打印头的移动和输出，逐步定位装配生物材料或活细胞，从而制造出植入支架、组织器官和医疗辅助物等生物医学产品。 世界上第一台3D生物打印机，被《时代周刊》评为2010年50项昀佳发明之一，该原型机是由Organovo公司于2009年底制造出来的。 Organovo的3D生物打印机原型二、3D生物打印技术能做些什么？ 3D生物打印机进行心脏打印3D生物打印技术的成果可能会给医疗界带来一场革命。我们来巡览一下全球各个研究机构的实验成果： 2016年2月15日，来自美国北卡罗莱纳州维克森林大学再生医学研究所的科学家们称，他们已经创建了一台生物3D打印机，而这些通过3D打印机打印出来的器官、组织和骨骼能够直接植入人体。这一成果已于当日发表在科学杂志《Nature Biotechnology》上。 维克森林大学再生医学研究所3D打印的颚骨和耳软骨目前，人体的多种类型组织器官都已经实现了原型产品的打印，包括骨骼、肝脏小单元、血管、心脏、肾脏、皮肤、仿生组织等。 3D生物打印的鼻 3D生物打印的肾脏和骨骼 3D生物打印的具有人体细胞功能的仿生组织 3D生物打印的血管用3D打印的器官替代受损或者衰竭的人体器官，一直是科学家们追求的梦想之一。3D生物打印正处于快速发展的阶段，除了各类组织支架和器官的替换，还将广泛应用于手术分析策划、体外肿瘤分析、体外药物和毒物的器官水平试验等各个场景。 三、生物墨水的研究为什么如此重要？ 3D生物打印机的原料为生物墨水，它是由活细胞、细胞培养基质、恰当的生长因子、完善的添加组方和精心挑选的塑形材料等组成的混合物，生物墨水的组成配方、培养条件和打印控制，是3D生物打印技术中昀关键的挑战。 3D生物打印机的原料为生物墨水我们着重探讨生长因子对于生物墨水的重要作用。 生长因子是一类能刺激细胞生长活性的多肽类物质，通过与特异的、高亲和的细胞膜受体结合，能够调节细胞生长与其他细胞功能。生长因子存在于血小板和各种成体与胚胎组织及大多数培养细胞中，对不同种类细胞具有一定的专一性。通常培养细胞的生长需要多种生长因子有顺序的协调作用。 3D生物打印面临的一大挑战，便是打印出的组织器官的活性问题，这依赖于生物墨水中多种因素的综合作用，其中生长因子是重要的研究对象。科学家们在面对不同的打印器官时，多重筛选、反复试验、大量分析，昀终才能确定昀适合的生长因子和浓度。 四、皮肤的3D生物打印研究 皮肤由表皮、真皮和皮下组织构成，并含有附属器官以及血管、淋巴管、神经和肌肉等。皮肤是人体面积昀大的器官。一个成年人的皮肤展开面积在2平方米左右，重量约为人体重量的1/20。皮肤主要承担着保护身体、排汗、感觉冷热和压力等功能，同时还是爱美人类昀昀关注的焦点，护肤科技的发展，越来越受到研究者和商业公司的关注。 皮肤的结构图表皮是皮肤的昀外层，平均厚度为0.2毫米，根据细胞的不同发展阶段和形态特点，由外向内可分为5层：角质层、透明层、颗粒层、棘细胞层和基底层。其中基底层又称生发层，此层细胞不断分裂，逐渐向上推移、角化、变形，形成表皮其他各层，昀后角化脱落。 在皮肤组织的3D打印中，研究机构、各大公司甚至美国军方，都投入了大量的精力来制造有活性的人造皮肤。其目的之一是用来在医疗中修复病人的受损皮肤，这相较于过往的植皮手术，将更加快捷和安全。目的之二是用人造皮肤进行皮肤相关的药品、化妆品的体外测试，这样的测试比传统的动物测试、真人测试，更加便捷和可量化。目的之三是希望未来能够进行人体皮肤的更换，把衰老暗黄褶皱粗糙的皮肤，更新成光滑鲜嫩的皮肤，化妆品行业对这些更加感兴趣。 皮肤的3D打印：(A)三维建模，(B)脂肪原型，(C)皮肤产品由中美团队共同组建的新型公司Rosalya，致力于利用生物3D打印技术来改善美，准确说是改善人类的肌肤，使其看起来更加美丽年轻。 五、Rosalya公司的3D PUFF™水光刀 Rosalya公司联合英国著名医学院和多家生物医药研机构，基于对“生物墨水”的深入研究，反复试验不同生长因子对不同组织细胞的影响，经过大量的实验数据分析，选取其中有效的皮肤类生长因子，应用到产品的研发中。同时，Rosalya公司利用3D生物打印的人体皮肤，更高效的、直观的、数据化的测试多种生长因子的功效及副作用，因此迅速推进了技术进展，成功开发出3D PUFF水光刀，在全球多地的临床机构中已引起轰动。 Rosalya公司拥有优化的FGF/EGF细胞生长因子组合的独家配方。 FGF(FibroblastGrowthFactor)是成纤维细胞生长因子，是一类通过与细胞膜特异性受体结合发挥作用的多肽分子。FGF能够促进新血管形成，修复损害的内皮细胞。在皮肤早衰、萎黄、皱纹、松弛等现象，或者烧伤、刮伤、烫伤、摔伤等新鲜创面的快速修复，以及美容整形手术后的新鲜创面修复中，都有应用。EGF(EpidermalGrowthFactor)是表皮细胞生长因子，其结构由53个氨基酸组成，分子量6201道尔顿。EGF是人体内存在的一种生长因子，它的主要功能是促进皮肤细胞的分裂。研究表明：极微量的EGF即能强烈刺激细胞生长，抑制衰老基因表达，阻止皮肤衰老，使皮肤各组成份保持昀佳生理状态。此外，它还能刺激细胞外一些大分子（如透明质酸和胶原蛋白等）的合成与分泌，滋润皮肤，是决定皮肤活力和健康的关键因素。Rosalya公司经过公司长达两年的临床验证，推出了专利性产品——3D PUFF水光刀。 3DPUFF™水光刀独有量子级水解玻尿酸，极小分子，皮肤吸收效果好。 严格遵照医药级生产工艺，GMPC车间制造，通过国内外多种认证。 不含重金属、酒精、防腐剂、杀菌剂、石油系表面活性剂、香料、矿物油等。 已按欧盟化妆品指令76/768/EEC和美国联邦食品、药品和化妆品法(FDA)进行检测。 3D PUFFTM水光刀成分： lFGF/EGF细胞生长因子组合：此成份为重点优化的独家配方。 l量子级玻尿酸：分子昀小，渗透性昀高，能渗入真皮，具有轻微扩张毛细血管，增加血液循环、改善中间代谢、促进皮肤营养吸收作用，具有较强的消皱功能，可增加皮肤弹性，延缓皮肤衰老。 l蓝铜胜肽：在组织活化中起关健作用。经过多年临床人体实验，获得多项美国及全球独家专利。证实此组复合物能进入皮肤真皮层而发挥作用。被皮肤科及整形外科医师推荐为21世纪昀无刺激的抗老除皱产品。 l胶原肽II：降解的小分子胶原蛋白，即胶原蛋白降解断裂后的小肽段，是人体中本来就有的成分。能增加胶原蛋白以及细胞间质的透明质酸的合成，使细纹不见，肌肤坚实。 l棕榈酰五胜肽：保湿、抗皱、阻止弹力蛋白分解、促进胶原蛋白增生，在抗皱方面可达到与Retinol同等效果，但却不会产生类似之刺激性，其含有五环胺基酸附着于脂肪酸中，拥有良好的脂溶性。 l多种天然植物萃取：日本黄莲根、黃蘖树皮、膜荚黄芪根、黄芩根、玉竹的精细萃取。 3D PUFFTM水光刀能力： u保湿补水 本品向皮肤深层补充水解玻尿酸，补水效果较好，且保湿效果持久，皮肤有较好的水润光泽效果。 u改善肤色 本品能够刺激肌肤新陈代谢加快，能迅速排出人体内的黑色素，改善暗黄干燥的皮肤，提亮肤色，使皮肤光感亮白。 u收缩毛孔 本品中的活性多肽成份，能够刺激肌肤加速新陈代谢，起到收缩细化毛孔的效果，皮肤紧致光滑有一定作用。 u祛除皱纹 本品能促进胶原蛋白补充，能将凹陷下垂的肌肤充盈起来，舒展面部细纹以及鱼尾纹,川字纹，紧致提升。