耳朵組織不完整,能直接生物列印?
耳朵組織不完整,能直接生物列印? Credit: [email protected]

昨天電視新聞中播出,羅慧夫顱顏基金會的募款活動,一位小耳症童的媽媽,哽咽吐露孩子出生就小耳症的心路歷程。讓人聯想到之前有看過一篇3D列印的相關研究,關於如何能夠在生物體內的位置,直接列印生物組織,不經過手術移植。當時看到的示範動畫,就是應用近红外光(Near Infrared, NIR)進行3D生物列印,建立一個耳朵的例子。如果這種技術成熟,將來是不是就可以用來,幫助小耳症患者,在外觀上建立一個和另一邊一模一樣的耳朵。

3D列印-數位光學處理

這是一篇發表在Science Advances 的研究,研究團隊開發數位光學處理(Digital Light Processing, DLP以),應用近紅外光束來3D列印人耳。這個新方法,不需要手術,可以讓醫生修復患者的耳朵。以3D生物列印的技術來說,要直接在生物組織上做列印,或者數位光學處理技術,都已經有開發了。但是過去的列印方式,都需要把傷口直接暴露出來,再將生物墨水等材料推疊上去。而UV或藍光的DLP技術,也因為光聚合反應,被用來輔助生物列印。但這兩種光的組織穿透性不足,無法應用在非侵入(non-invasive)的列印方式,這也是研究團隊採用近紅外線的原因。如果可以精準控制近紅外線,有機會可以讓組織下的生物墨水反應,定型為要列印的型狀。

在耳朵的位置,列印耳朵

以列印耳朵為例,首先要把另外一邊的耳朵複製,建立3D模型。在要進行列印的位置,皮下注射生物墨水。然後將近紅外線,透過數位微鏡裝置(Digital Micromirror Device, DMD)晶片投射到這個位置,藉以啟動生物墨水在空間中產生光聚合反應,然後這個影像可以回傳,再發出適當的近紅外光,如此一層一層的讓耳朵成形。這裡提到,是常用的生物墨水,具有生物相容性的水凝膠單體,gelatin methacryloyl(GelMA)。以這樣的方式,測試列印200微米的高度,需要15秒鐘。複製這樣的製程,研究員列印耳朵形狀的軟骨,之後將耳朵細胞在列印後培養七天,一個月後,這個耳朵成形且形狀不變。簡單而言,就是以光的能量,穿透過組織,將注射到組織內的生物墨水,一層一層的成形。

為什麼要近紅外光

事實上,這種光固化材料的想法,我們去看牙醫補牙的時候,也有用到。現在補牙都填入樹脂,然後醫生用一個藍色的光照一下,樹酯凝固就補好了。近紅外光的波長較藍光和紫外光長,有較好的穿透性。這個研究的案例中,研究團隊以980nm的近紅外光,透過鏡片照射組織和已經注射入組織的生物墨水,生物墨水中有[email protected] nanoinitiators ,遇到光後,980nm的光轉換為385nm,讓生物墨水產生光聚合作用。比較讓人覺得挑戰的,是這種層層成形的方式,如果要精準控制光的位置和成行特定型狀的物體,就需要非常的精準才行。

生物列印指日可待

相信實際執行,技術上還有很多挑戰。離臨床應用還有一段路要走,但是現在列印心臟、腎臟、血管,從數年前科學家摸索,甚至對3D列印陌生,到現在大家做得有模有樣,已經是成長很多。

醫療應用的成果,如同3D列印一般,也是一步步堆疊起來的。

圖片來源:Burst@Pexels
文章參考:Science Advances



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BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。