科学家如何使用喷墨打印机制作骨骼?

由:雅各布·西尔弗曼

一种创造人造骨骼的巧妙新方法利用了许多人家里的东西:喷墨打印机。"width=
一种创造人造骨骼的巧妙新方法利用了许多人家里的东西:喷墨打印机。
出版物国际有限公司

随着伊拉克和阿富汗叛乱分子使用的简易爆炸装置(ied)的扩散,许多士兵带着严重的创伤返回家园。战场医学的进步也意味着那些可能在另一个时代的战斗中死去的士兵将会活下来。医生们正在转向新一代的医疗技术和设备,包括先进的假肢,以帮助士兵恢复健康和保持行动能力。这门科学的一个重要部分是植骨,用其他来源的骨头来填补骨头被损坏、破坏或移走的缺口。

有时骨移植意味着截肢和保留肢体的区别。骨移植不仅适用于战场创伤,也是一种非常重要的治疗方法,用于治疗许多疾病和创伤,包括严重事故、骨折、出生缺陷、退行性骨疾病、肿瘤切除或密集牙科手术导致的骨丢失。

广告

目前,骨移植可以用一小块骨头进行,可以是来自病人身体的其他部分或尸体,也可以是金属插入物。然而,这些方法都有缺点。从病人身体的其他部位取出骨头需要额外的切口,这意味着更多的疼痛和恢复时间。它还可能出现并发症,如感染或骨质疏松。尸体上的骨头通常被认为效果不太好,因为它不能像天然骨头一样发育好,而且随着时间的推移,金属插入物必须被替换。

输入人工骨这个概念蕴含着巨大的潜力,但直到最近还充满了困难。由生物材料制成的骨骼通常过于脆弱,无法承受重量。由陶瓷制成的人工骨用途有限,最好与骨移植结合使用。但是,一种巧妙的新方法可能会为骨移植和人工骨提供新的可能性,而且令人惊讶的是,它利用了许多人家里有的东西:人工骨喷墨打印机

当然,这不是一台典型的喷墨打印机——它经过了很大的改造,而且大了很多。但这项技术与传统的喷墨打印机非常相似,而且这一过程可能会给骨移植手术带来革命性的变化。加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的科学家们正在用他们的打印机一层一层地“打印”新骨头,创造出受损骨头的完美复制品。

请参阅下一页了解更多关于造骨的知识。

广告

制造人工骨

麦吉尔大学的杰克·巴拉雷特教授向《每日邮报》描述了这一过程,他说:“我们打印机中的‘纸’是一层薄薄的水泥状粉末层。喷墨机向水泥喷射一种酸,酸会与水泥发生反应并变硬。这只涉及一层。然后,新的粉末层被喷在上面,这些层逐渐形成我们需要的形状。英国《每日邮报》].

整个过程只需要10分钟就可以打印出大部分的移植物。这种方法与其他类型的移植和人工植入的进一步区别在于,打印机中的化合物包含在人类骨骼中发现的相同的结构块。移植物最终也会溶解在人体中,让自然骨骼取而代之。

广告

打印机的复杂设计意味着可以在移植物上留下精确的“孔”,以促进人体自身组织的再生和恢复该区域的活力。这种能力允许为敏感地区非常具体的移植或骨骼成长以特定的方式影响组织修复,也可以用于重建手术,医生正试图让一个地区恢复和保持一定的外观。

Barralet教授说,喷墨生产的骨移植要在医院使用还有“很长的路要走”,但这个项目似乎有巨大的潜力。

Barralet教授的团队并不是唯一使用喷墨技术开发新的骨移植技术的团队。位于亚利桑那州图森市的一家名为“先进陶瓷研究公司”的公司开发了一种名为“塑骨”的技术。就像喷墨制造的骨头一样,塑骨具有足够的强度来充当移植物,但也具有多孔性,可以促进骨头再生流过骨头。Plasti-Bone由一种带有陶瓷涂层的生物友好型塑料制成,大约8周后,天然骨开始与Plasti-Bone结合。人造骨头最终会无害地溶解在体内。

为了创造他们的塑料骨骼,ACR在电脑上设计它们,然后通过快速原型制造.快速成型技术一层接一层地构建,类似于喷墨技术,并允许科学家通过改变孔隙率和陶瓷涂层的厚度来控制骨头在体内的停留时间。

就像麦吉尔大学正在开发的技术一样,Plasti-Bone很可能会首次用于小型天然骨移植,而要通过这一过程替代整个骨骼还需要数年时间。

广告

喷墨技术应用

喷墨打印机制造的骨骼和快速原型是更广泛的努力的一部分,利用这些技术来制造精确的、定制的医用植入物。英国曼彻斯特大学的科学家们正在研究一种打印人造皮肤的技术,这可能会给皮肤移植过程带来类似的革命。这项技术可能在五年内准备好进行临床试验[生活科学].

“Bio-inks”也以蛋白质或单个细胞的形式存在。这些墨水可用于各种用途。2006年12月,卡耐基梅隆大学的研究人员宣布,他们已经使用一种定制设计的喷墨打印机从老鼠的干细胞中开发出骨骼和肌肉细胞[技术评论].干细胞让科学家们特别兴奋,因为它们有能力长成任何类型的细胞,尽管它们仍然是一个有争议的话题。(要了解围绕干细胞的争议,请阅读干细胞的工作原理.)卡内基梅隆大学团队使用生长因子——指导干细胞生长成特定类型细胞的解决方案——结合成年小鼠干细胞和一种与生长因子结合的材料。通过持续的研究,将干细胞与生物墨水相结合,科学家不仅可以制造“打印”的自然骨骼,还可以制造肌腱、韧带、血管和其他需要的组织。

广告

喷墨技术在很久以前就改进了文件打印,但似乎真正的革命可能在于它如何改变医学。十年后,一位车祸受害者或患有骨关节炎的祖母可能会得到一块定制的、自然的、打印的骨头,而不必面对截肢、痛苦的移植或金属植入。事实上,科学家梦想有一天他们能够打印完整的骨骼、组织甚至器官,使失去肢体、活动能力或重要器官成为历史。

有关人工骨、喷墨技术的各种应用及相关主题的更多信息,请参考以下链接:

广告

更多的信息

HowStuffWorks相关文章

更大的链接

  • 比约恩·凯莉。“可打印皮肤:‘喷墨’技术突破,制造人体组织。”2月1日,2005. http: / / www.livescience.com/technology/050201_skin_printing.html
  • 楚,詹妮弗。”打印肌肉和骨骼。”技术审查。12月19日,2006. http: / / www.technologyreview.com/Biotech/17913/
  • 字段,斯科特。"生长骨骼:新技术证明很有前途"生活的科学。2006年5月9日。http://www.livescience.com/humanbiology/060509_growing_bones.html
  • 梅恩,埃莉诺。"用喷墨器做的人造骨头"英国《每日邮报》。4月14日,2007. http: / / www.dailymail.co.uk页面/生活/文章/新闻/ news.html ? in_article_id = 448654
  • Wichner,大卫。“发明的骨头。”亚利桑那每日星报》。7月17日,2003. http: / / www.azstarnet.com/clips/bones071703.html

广告

加载……