美國北岸-LIJ 醫(yī)療集團(tuán)(North Shore-LIJ Health System)下屬Feinstein醫(yī)學(xué)研究所的研究人員，通過MakerBot 桌面3D打印機(jī)以及該公司生產(chǎn)的PLA線材打印出了一個定制的氣管支架，該支架能夠與活細(xì)胞結(jié)合生成活的人體氣管。

人類的氣管是容易因為腫瘤、氣管插管等因素收到傷害，或者可能出現(xiàn)氣管變窄等缺陷，這些缺陷往往難以修復(fù)，而目前醫(yī)學(xué)界常用的重建受損器官的兩種方法都有其局限性。Feinstein研究所的研究人員與臨床醫(yī)生合作，使用3D打印技術(shù)和組織工程技術(shù)研發(fā)人工氣管。研究人員將軟骨細(xì)胞與營養(yǎng)成分混合在一起培養(yǎng)，然后與膠原蛋白結(jié)合，使其形成軟骨。但是要將其塑造成鼻骨或氣管的形狀還需要在3D打印機(jī)的幫助下，打出可以支架。然后將軟骨細(xì)胞和膠原蛋白的混合物覆蓋到支架上，使其長成軟骨。

“制作一個氣管是未知的領(lǐng)域。”該項目的負(fù)責(zé)人Goldstein博士指出：“它必須具有足夠的剛性，以承受咳嗽、打噴嚏等壓力變化，還要有足夠的柔性，讓脖子自由移動。通過3D打印機(jī)，我們能夠很快打印出支架并交給外科醫(yī)生檢驗，然后實時修改設(shè)計方案。”

研究團(tuán)隊改裝了一臺MakerBot Replicator 2X 3D打印機(jī)，讓其中的一個擠出機(jī)擠出PLA線材，而另外一個則擠出生物材料。“3D打印技術(shù)使我們能在幾個小時內(nèi)完成原型、檢驗、觸摸、感受和重新設(shè)計的能力。”Cohen兒童醫(yī)學(xué)中心耳鼻喉科負(fù)責(zé)人Lee Smith博士說到。

Feinstein研究所之前考察了一些可以直接擠出活細(xì)胞的3D打印機(jī)，但由于功能比較少且價格昂貴。所以他們決定采用更實惠、方便的MakerBot 3D打印機(jī)。

Goldstein博士起初認(rèn)為，他需要某種無菌、而且能夠在體內(nèi)溶解的特制PLA材料。由于時間緊迫，他決定先試試普通的MakerBot PLA線材，它能夠用于各種外科植入設(shè)備。通過測試，Goldstein博士發(fā)現(xiàn)，PLA打印時擠出機(jī)熱端產(chǎn)生的高溫可以起到消毒的效果，這樣普通的MakerBot PLA線材也可以使用。

而需要保持室溫的生物墨水，則使用另外一個擠出機(jī)，在打印過程中被注入PLA支架的縫隙中，然后在MakerBot的熱床上固化成凝膠。一個兩英寸長的氣管段只需不到兩個小時就可以打印完畢。一旦生物油墨粘附到支架上，就會被送入一個生物反應(yīng)器，這樣做有利于保持細(xì)胞生長所需的溫度。

目前，這項研究成果已在胸外科學(xué)會第51屆年會上發(fā)表，展示了如何在孵化器內(nèi)用四個星期制作出一個3D打印的氣管或氣管段。 據(jù)Goldstein博士總結(jié)說：“細(xì)胞可以在3D打印過程中存活，并能夠繼續(xù)分裂，并產(chǎn)生最終形成軟骨的細(xì)胞外基質(zhì)。”

該研究工作目前仍然屬于“概念驗證”的性質(zhì)，研究團(tuán)隊在確定將其用于氣管修復(fù)之前還有很多工作要做。Smith博士預(yù)計，未來五年內(nèi)他們能夠做到收集病人的細(xì)胞，并讓它在支架上生長，以修復(fù)氣管。