器官定制 离我们有多远?

2014年10月16日 10:26 广州日报   翁淑贤 胡琼珍阅读:327次
 

  机器部件坏了、老化了可以更换。人体器官病变了能否也换一个?这种设想并不新鲜,临床上器官移植一直在做,但器官短缺、供体难的事实一直未变,而异体移植后的排斥反应也给病人带来终生的困扰。能否有一天,医学发达到人体器官也像机器部件一样能“人工定制”?
  “这完全是有可能的。”日前于广州召开的全国数字医学大会上,中国工程院院士钟世镇指出,数字医学的快速发展正从多个方面改变着现代医学。在外科学方面,除了外科手术导航、影像立体重建,甚至连人工器官的个性化定制也不是梦。

  飞跃:大数据+3D 现代医学更精准

  “应用数字医学手段,医生将可以最大程度地避免手术失误。” 日前于广州召开的中华医学会第四次全国数字医学学术会议暨第一届全国数字化微创外科学术会议上,被誉为中国“数字人之父”的中国工程院院士钟世镇介绍,近年来,数字医学在外科学方面已经实现了外科手术导航、三维影像立体重建,并被陆续应用到临床辅助医生帮患者进行术前诊断、手术设计和效果评估。具体操作上,医生通过对患者病灶的实时扫描获取的数据,在计算机系统进行三维模型重建和手术“彩排”,设计、操作到手术效果满意为止才定下最终方案。而在术中,通过数字导航,外科手术对病灶的根除也越来越精准有效。
  “现在已经是数字化时代,不断推陈出新的高科技成果正推动着现代医学向精准化、个性化的方向发展。”钟世镇院士指出,随着数字医学的发展,在外科学方面,除了外科手术导航、三维影像立体重建,甚至连人工器官的个性化制造也不是梦。
  就像机器部件用久了会坏会损耗一样,因为自然老化或是意外的原因,人体各部位的器官也有病变、老化导致功能衰退甚至丧失的一天。虽然临床上,器官移植一直在做,但供体难的事实一直未变,而异体器官移植后产生的排斥反应需要终生服药,也给病人带来了新生的困扰。能否有一天,医学发达到人体器官也像机器部件一样能“人工定制”?
  “这完全是有可能的。”钟世镇院士称,其实这种构想早就有了,而且正在逐渐实现。目前,通过CT等影像技术要获取个人身体各部位三维信息再到体外进行三维重建在大数据时代早已成为现实,这让获取个体化的器官模型成为可能。而3D打印技术的出现,使得这种“量体裁衣”式的个性化“人工器官定制”从梦想向现实又迈进了一步。

  突破:个性化骨骼打印植入已实现

  人工定制器官,到底离我们的现实有多远?
  “事实上,眼下植入人体内部的任何器械部件都可通过3D打印为病人‘量身定造’,更为精准、更为个性化的治疗使病人康复预后效果更理想。” 中华医学会数字医学分会副主任委员、广东数字医学分会主任委员、南方医科大学珠江医院教授方驰华说,最早取得突破的是骨骼的打印。目前从膝关节、髋关节到颈椎、脊椎、甚至是头骨,3D打印骨骼技术在国内一些医院已开始临床应用,已有不少患者因此受益。
  “这在以前确实想都不敢想。”方驰华介绍说,多年来,因车祸等外伤原因或是长期骨头、关节退化的病人,确实需要换骨头的,一般只能找医疗器材公司要最接近、较适合其个体所需的型号。现在只要获取患者相关部位的CT数据,通过计算机软件很快就能重建一个1:1的三维模型。医生将此模型提供给3D打印服务公司,以此为蓝本,他们运用3D打印技术,不用铸造模具,只要将金属粉末注入机器、高温熔化、成型、凝固、冷却,几个小时就可以“按需定制”出一个最适合患者的个性化骨骼“零配件”。
  而且,在术前,医生还可以通过计算机系统提前进行演练,充分考虑术中可能遇到的问题采取更周全的解决措施,大大提高了手术质量、减轻患者的术中不适合术后并发症的发生。
  难点:轮廓打印易,生物功能实现难
  骨骼作为相对较特殊的人体组织,最早实现了“人工定制”。但眼下,通过3D打印出来的骨骼基本还是高分子材质,是机械性的人造器官。有没有可能定制出像人体原来的器官一样具有生物活性的人造器官呢?
  “这种想法可能听起来有点不可思议,但只要有梦想,就有努力的方向。”方驰华称,根据材料及功能,科学界将人造器官分为三类:一类是机械性的,即目前很多3D打印的金属骨骼就属此类;第二类是半机械性半生物性的,第三类是生物性人造器官,也将是对患者最“亲近”无副作用的。在世界范围内,对第三类人造器官的探索已经悄悄开始。他解释说,数字医学已能够为人体个性化器官定制提供接近实体的“图纸”。随着影像技术的发展,只要获取足够多的数据,要在体外重建一个实体器官模型并不难,大到器官的外形轮廓、小到内部的血管分布都能越来越接近实体。而3D打印则可造出比较精准的模型框架。
  现在,最让科学家们感到棘手的是:如何让这个器官具有生物功能、使其植入人体后能正常运作?他认为,进一步的突破将有赖于生物医学及材料学等多学科齐头并进。如果细胞生物学、分子生物学以及材料科学等新技术的发展使我们能用可被身体吸收的仿生材料打印出器官框架,人工培养各部位的正常人体组织也成为可能,定制一个能更“亲近”人体的活性器官,实现人体局部的修复和重建就不再只是梦想。

  设想:三步定制一个人造器官

  全世界每年有上百万的患者等着供体做器官移植以延续生命。但器官供体严重缺乏,这是个世界性的难题。“所以,人造器官是有现实意义的研究。”方驰华介绍说,按目前科学界的设想,定制一个活性器官,起码分三步走:
  第一步:画图纸 用影像技术获取患者器官信息,通过计算机三维重建起接近实体的“图纸”
  第二步:搭架子 用可降解的并能被身体吸收的仿生材料结合3D打印技术搭起器官架构;
  第三步:种细胞 从患者身上取一小部分细胞组织植入“器官架”中,并提供合适的生长因子促进其生长、填充满“器官架”。而作为架子的仿生材料在这个过程中逐渐降解并被身体吸收,最后器官“长成”定制所需的形状且具备活性功能。

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