近日，卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種新型的水凝膠印刷方法，制作了一個(gè)供醫(yī)院器官使用的全尺寸模型，研究人員通過研究實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)3D打印全尺寸人體心臟生物模型，在內(nèi)外科醫(yī)生如何進(jìn)行心臟術(shù)以及研究其他疾病方面取得了重大突破。

01

經(jīng)多次研究獲第一個(gè)3D生物打印全尺寸人體心臟模型

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與材料科學(xué)工程學(xué)教授亞當(dāng)·費(fèi)恩伯格（Adam Feinberg）帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，利用定制的自由式懸浮水凝膠可逆嵌入技術(shù)（FRESH）開發(fā)了這個(gè)模型。該學(xué)院的研究人員獲得了人類心臟的第一個(gè)3D生物打印全尺寸人體心臟模型，這個(gè)模型是使用專門制造的3D打印機(jī)根據(jù)MRI數(shù)據(jù)創(chuàng)建而成，是團(tuán)隊(duì)兩年來為外科醫(yī)生準(zhǔn)備心臟手術(shù)而研發(fā)的新成果。

費(fèi)恩伯格在新聞稿中說：“我們現(xiàn)在可以建立一個(gè)模型，不僅可以進(jìn)行視覺訓(xùn)練，還可以進(jìn)行實(shí)體操作。當(dāng)外科醫(yī)生進(jìn)行心臟手術(shù)時(shí)，讓它像真實(shí)的組織一樣做出反應(yīng)，這樣的話當(dāng)醫(yī)生進(jìn)入手術(shù)室時(shí)，醫(yī)生的工作經(jīng)驗(yàn)會(huì)得到鍛煉和提升。

模型模仿了實(shí)際人體心臟組織的質(zhì)地（包括彈性），提供了逼真的畫面，外科醫(yī)生可以在這個(gè)畫面上鍛煉自己的技能。除了進(jìn)行臨床模擬外，這個(gè)模型還具有長期潛力，影響器官生物工程的未來研究。

02

逼真的心臟模型，使手術(shù)醫(yī)生可以進(jìn)行切割、縫合以及操作

Feinberg和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型3D打印軟聚合物，這種聚合物在歷史上一直很難打印，在添加制造過程中缺乏一定的剛性。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，F(xiàn)RESH 3D打印使用針將生物墨水注入軟水凝膠浴中，從而在打印時(shí)支撐物體。一旦完成打印，這個(gè)過程就會(huì)加熱使水凝膠融化，僅留下3D打印物體，證實(shí)FRESH是一個(gè)打印平臺(tái)，研究人員便可以打印一個(gè)完整的人體心臟，同時(shí)還專門組件了一臺(tái)新的3D打印機(jī)，專門容納凝膠支撐浴，大小要和打印比例相適應(yīng)，除此之外，還要對(duì)軟件平臺(tái)進(jìn)行微調(diào)，以保持打印的速度和質(zhì)量。

Feinberg說：最終的模型由海藻酸鹽的柔軟天然聚合物組成，這種聚合物使生物打印的心臟具有類似于人體心臟組織的特征，對(duì)于外科醫(yī)生來說，這意味著他們可以用類似于真實(shí)心臟的方式切割，縫合和操作模型。

事實(shí)上，盡管大型醫(yī)院已經(jīng)具備了對(duì)人體器官和身體其他部位進(jìn)行3D打印模型的設(shè)施，但通常只能用硬塑料或橡膠制成，無法滿足外科醫(yī)生在模擬手術(shù)過程中的體驗(yàn)感。

03

繼續(xù)深造人體心臟模型，力爭(zhēng)制造更多器官模型

研究人員在ACS生物材料科學(xué)與工程雜志上發(fā)表了有關(guān)其工作的論文。Feinberg團(tuán)隊(duì)的下一步目標(biāo)是讓外科醫(yī)生和臨床醫(yī)生可以從開發(fā)的技術(shù)和模型中真實(shí)地體驗(yàn)到現(xiàn)實(shí)生活中醫(yī)院的手術(shù)場(chǎng)景。

研究人員埃曼·米爾達(dá)馬迪（Eman Mirdamadi）還希望他們的工作能為未來的生物印刷技術(shù)提供信息，利用這種或類似技術(shù)制造出具有更多功能的人體器官。他在新聞稿中說：“盡管在生物打印全尺寸人體心臟上仍然存有障礙，但我們很自豪能夠使用FRESH平臺(tái)幫助建立基礎(chǔ)工作，同時(shí)展示了在現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行手術(shù)模擬的直接應(yīng)用。