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regenHU 3D生物打印器官芯片
一,、發(fā)展背景
自3D打印技術(shù)問(wèn)世以來(lái),，關(guān)于器官打印的研究不斷升溫,，是3D打印領(lǐng)域的一個(gè)熱門(mén)方向。目前,，國(guó)內(nèi)外藥物開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀是高投入,、低產(chǎn)出,、高風(fēng)險(xiǎn),、低效率，缺乏精準(zhǔn)的篩選模型是困擾藥物開(kāi)發(fā)的瓶頸,。個(gè)性化植,、介入器械的生物3D打印技術(shù)重大專項(xiàng)是“國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃"資助項(xiàng)目。瑞士regenHU是一家生物3D打印技術(shù)公司,，自08年來(lái),，一直致力于為再生醫(yī)學(xué)、生物材料,、3D打印,、組織構(gòu)建以及新醫(yī)療難題提供解決方案。
3D生物打印是一個(gè)非常交叉和融合的學(xué)科,，它集合了機(jī)械,、材料、細(xì)胞等多種相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù),，是一種利用3D增材制造原理,，利用生物材料、生長(zhǎng)因子,、細(xì)胞等活性材料,，以重建人體組織和器官為目標(biāo)的跨學(xué)科,、跨領(lǐng)域的新型再生醫(yī)學(xué)工程技術(shù)。開(kāi)始于20世紀(jì)80年代,，至今已發(fā)展得較為成熟,，有很大的市場(chǎng)前景，生物3D打印的發(fā)展空間巨大,，源于三方面的原因：1)全酋醫(yī)療領(lǐng)域的開(kāi)支巨大,，為生物打印技術(shù)提供了潛在的發(fā)展空間；2)生物打印技術(shù)以其快捷,、準(zhǔn)確性見(jiàn)長(zhǎng),，以其個(gè)性化制造能力與病體需求的差異性充分結(jié)合，配合傳統(tǒng)的CT,、ECT技術(shù)在人工假體,、人工組織器官的制造方面產(chǎn)生巨大的推動(dòng)效應(yīng)；3)生物3D打印相對(duì)其他領(lǐng)域的3D打印更具有經(jīng)濟(jì)性,。
二,、應(yīng)用場(chǎng)景
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第Ⅰ醫(yī)院臨床藥學(xué)研究中心教授申屠建中說(shuō)，3D打印器官芯片對(duì)藥物不同開(kāi)發(fā)階段都具有很大的價(jià)值,，包括早期藥物篩選,、臨床Ⅰ期藥物試驗(yàn)和精準(zhǔn)用藥。
器官芯片和類(lèi)人芯片從根本上改變藥物檢測(cè)的手段,，并為新藥研發(fā)帶來(lái)殿覆性的變革,，成為癌癥、腫瘤等疾病研究新的手段和治療方法,。例如,，新加坡國(guó)立大學(xué)HanryYu教授課題組建立了多通道的三維微流體系統(tǒng)應(yīng)用于人體藥物測(cè)試。該系統(tǒng)同時(shí)在一個(gè)芯片內(nèi)模擬肝,、肺,、腎和脂肪4種組織，研究發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)呈現(xiàn)出與單獨(dú)培養(yǎng)這些組織時(shí)不同的的特征,，并貼近于體內(nèi)真實(shí)情況,。可見(jiàn),，體外微生理系統(tǒng)可更真實(shí)地模擬體內(nèi)環(huán)境,，在不遠(yuǎn)的將來(lái)成為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的有效替代手段。
其shou席科學(xué)家,、杭州電子科技大學(xué)教授徐銘恩說(shuō),，OrganTrial器官芯片的關(guān)鍵技術(shù)為MCT(離散制造微層析成像技術(shù))、 Tissue Nest(組織巢)等,，均為原創(chuàng)性技術(shù),?！吧?D打印技術(shù)出現(xiàn)后，能幫助科學(xué)家批量化地構(gòu)建高仿生組織器官,。3D打印器官芯片產(chǎn)品的出現(xiàn),，更能幫助科學(xué)家構(gòu)建微型化、多器官的仿生病理生理模型,，加快研究節(jié)奏,、推進(jìn)技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。"徐銘恩表示,。
據(jù)介紹,，OrganTrial器官芯片包含兩個(gè)既獨(dú)立又可組合的模塊：Doloers模塊在一個(gè)微流控體系中集成了小腸/皮膚、肝和腫瘤等組織,，可仿真藥物在人體的吸收,、代謝及對(duì)靶標(biāo)組織的作用；Hive模塊則具有更高靈活度,，用戶可基于蜂巢型器官芯片單元,，像玩“樂(lè)高"一樣搭建更復(fù)雜的組織器官芯片系統(tǒng)。
三,、生物3D打印發(fā)展趨勢(shì)
隨著生物3D打印的發(fā)展和學(xué)科的進(jìn)一步交叉融合,，有可能在體外生命系統(tǒng)工程領(lǐng)域（即生物制造的第5層次）產(chǎn)生殿覆性的突破。從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,，生物3D打印技術(shù)奠定了制造學(xué)從使用單一結(jié)構(gòu)材料,，到使用功能材料，生物材料和生命材料學(xué)科拓展延伸的科學(xué)基礎(chǔ),；干細(xì)胞技術(shù)和生物/生命材料的發(fā)展提供了必要的基礎(chǔ)材料,。此前，由于不同的人體器官各有復(fù)雜之處,，制造一種可以打印不同器官的材料吉具挑戰(zhàn)性。
RegenHU,，一直致力于3D生物打印機(jī)的研發(fā)與生產(chǎn),，經(jīng)過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)積累以及用戶需求的不斷升級(jí)，3D生物打印機(jī)經(jīng)過(guò)多次的改進(jìn),，目前設(shè)備主機(jī)具有5個(gè)帶完整功能的獨(dú)立機(jī)械臂的打印頭安裝位,，并可在任意位置安裝不同技術(shù)的打印頭，每個(gè)打印頭可配置獨(dú)立的溫控系統(tǒng),，提供直壓,、噴墨、高溫,、體積控制,、光固化,、靜電紡絲等至少6種不同技術(shù)的打印頭套組，以滿足不同客戶不同打印材料以及不同模型設(shè)計(jì)的需求,。
目前RegenHU,，運(yùn)用了微流體技術(shù)DFM（Design for Manufacturability），其主要考慮到打印頭的運(yùn)動(dòng)方式,、慣性,、加速度等因素，以蕞大程度地減少打印頭的移動(dòng)時(shí)間,，從而縮短打印時(shí)間,。
那么它具體的技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：
1、提高打印速度：通過(guò)優(yōu)化打印頭的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作機(jī)制,，可以減少打印過(guò)程中的空閑時(shí)間,，提高打印速度。
2,、提高打印精度：DFM考慮到打印頭的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,、剛度和振動(dòng)等因素，以減少振動(dòng)和變形對(duì)打印精度的影響,。通過(guò)優(yōu)化打印頭的設(shè)計(jì),，可以減小誤差，提高打印精度,。
3,、降低材料浪費(fèi)：DFM可以優(yōu)化打印頭的噴嘴結(jié)構(gòu)和材料供給機(jī)制，以減少材料的浪費(fèi),。通過(guò)控制材料的流量和噴射方式,，可以確保材料的準(zhǔn)確使用，并避免過(guò)度噴射和溢出,。
4,、提高可靠性和穩(wěn)定性：DFM考慮到打印頭的耐久性和穩(wěn)定性，以提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性,。通過(guò)選用高質(zhì)量的材料,、增強(qiáng)打印頭的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可以減少打印過(guò)程中的故障和維修需求,。
5,、降低成本：通過(guò)優(yōu)化打印頭的設(shè)計(jì)，可以減少材料和能源的消耗,，降低生產(chǎn)成本,。DFM還可以減少?gòu)U品產(chǎn)生和后續(xù)處理的成本，提高生產(chǎn)效率,。
綜上所述,，DFM的作用是優(yōu)化打印頭的設(shè)計(jì),，以提高制造效率、質(zhì)量和可靠性,，并降低成本和材料浪費(fèi),。它是3D打印過(guò)程中非常重要的一環(huán)，能夠?qū)φ麄€(gè)打印過(guò)程產(chǎn)生積極的影響,。