您的气管连接着喉咙和肺。空气通过气管进入体内,二氧化碳通过气管出来。

如果他扯裂或患病了,手术有两种方法来进行修复。他们可以移开受损的部分,然后连接健康的一端,但是仅仅只有这么多松弛的。或者他们可以提取一些软肋骨,然后移植到气管里,因为气管也是由软骨组成的。然而,手术风险很大。所以很多患者不能够得到帮助。

但是,如果医生能够从您自己的软骨细胞中找到一片可以替代的新气管,正好是您需要的尺寸和形状,结果会如何?

在过去的一年时间里,Feinstein医学研究所,在纽约的曼哈赛特,同MakerBot合作研究和探索这个问题。

Feinstein医学研究所的外科医师和科学家团队,North Shore-LiJ 卫生系统的研究分支,由MakerBot PLA耗材制作的软骨支架。这项非凡的成果今天在胸外科医师学会的每期会议中呈现,早期的调查可能带来临床的重大突破。

组织工程学+3D打印=新的可能

Feinstein医学研究所的发现开启了两个行业的创新:3D打印和组织工程学。组织工程就像其它种类的工程,除了,不使用钢和计算机代码来做事,而是使用活细胞——皮肤、肌肉、软骨等原材料。

研究人员已经知道如何从一种混合的细胞叫软骨细胞中制作软骨,用营养素和胶原质放在一起供给他们,然后将这些软骨制作成鼻子或气管是非常具有挑战的。

这是使用3D打印的目的所在。通过3D打印构建一个脚手架能够覆盖软骨细胞和胶原蛋白的混合物,他可以在软骨里边生长。3D打印机可以将活细胞挤压,但是选择很少并且价格很高,一个生物打印机要180000美元,远远超出了Feinstein医学研究所的预算。

所以在2013年底,Feinstein医学研究所的研究员Todd Goldstein找到了MakerBot。在经过几次的讨论之后,MakerBot同意提供Feinstein医学研究所两台MakerBot Replicator 3D打印机、MakerBot PLA 耗材和3D建模、3D打印和材料的专家。

实时原型和外科医生

制作一个替代的气管是一个未知的医疗领域。他必须足够的稳固经受得住咳嗽和流鼻涕的影响,同时还需要足够的灵活允许脖子能够灵活地活动。

为了开发脚手架,Goldstein和另外两位修复气管方面的外科医生专家组成了一个团队。Goldstein首先制作好脚手架的原型,然后带着原型到外科医生那里进行测试。Goldstein会在他们反馈信息的基础上重新设计,就这样来回的改进设计。

以这种方式工作,Feinstein医学研究所的团队最终在不到一个月的时间内设计出一个稳固,灵活的脚手架。Goldstein在他联系MakerBot之前,从来没有使用过3D打印机,测试了脚手架的大约100个版本。当他在设计中遇到困难他就会咨询MakerBot的设计师。

“塑造原型,检查,触摸,感受的能力,以及在几分钟,几个小时内重新设计,允许创建这种类型的技术。”Dr. Lee Smith说,他是Goldstein团队里边的小儿耳鼻喉科的专家。“如果我们必须送这些设计到一个商业的打印机来做,然后在两三周甚至七周之后送回来,我们可能很难达到今天的成绩。

使用MakerBot Replicator 2X进行试验

Feinstein医学研究所在接下来的挑战是如何将这些细胞培植在脚手架上。为了测试这个想法,Goldstein使用一个手持注射器来应用脚手架的软骨细胞和胶原蛋白的混合物,它就如同将冰放在蛋糕上。

经过进一步的磋商,MakerBot为Feinstein医学研究所提供一台带有两个喷头的MakerBot Replicator 2X。Goldstein通过将一个喷头替换成针管,将其改装成一台生物打印机。

这种生物墨水保持在室内温度,填补PLA脚手架的缝隙,治疗到MakerBot Replicator 2X的一个凝胶加热构建平台。一个两英寸长的气管在不到两个小时就打印完了。

一旦生物墨水粘俯在脚手架上,他就会成为一个生物反应器,能够保持细胞温暖的环境生长。一个新的生物反应器花费需要50000到150000美元之间,所以Goldstein找到了一个坏的孵化器,在一个本科实习生的帮助下,利用MakerBot Replicator2X他把它转换成了一个生物反应器。