完成兔子和山羊的骨骼3D打印后,黄文华团队也进行了一些生物力学测试,发现要达到原有骨骼的强度和韧性,还需要找出更好的生物材料。这个重担落在了广东省组织构建与检测重点实验室主任邱小忠教授肩上。
邱小忠是主攻组织工程学的专家,对黄文华教授的寄望,他表示压力很大。他是钟世镇院士特召入团队的非解剖领域专家,承担着使传统解剖学由3.0向4.0迈进的重大使命。
“组织工程学是一门新兴的交叉学科,涉及材料化学、细胞学以及生物医学工程各领域的技术和手段,它是解剖学一个新的增长点。”邱小忠这样定义自己在团队中的位置。
我国最早的组织工程研究热潮兴起于上世纪90年代末,当时上海第九人民医院曹谊林教授在美国发表了一篇关于裸鼠身上长人耳的文章,组织工程学迅速成为热点。钟世镇院士也敏锐捕捉到这一热点,认为组织工程学未来会有重大突破。
2006年邱小忠教授开始介入骨组织工程,利用人头发里的角蛋白,制备人工骨膜。随后他又将人发角蛋白引申到生物材料领域,用头发(人发角蛋白)做生物导电材料,用作电子传感元件,类似人的电子皮肤,能根据温度、湿度的变化而变化。
“它作为一个重要的电子传感元件,在假肢、人工皮肤等领域应用前景广阔。比如说残肢患者,使用了这类电子传感元件构筑的机械臂,能够部分接受大脑中枢的控制,不再是一个冷冰冰的铁钩或假肢,还能进行一些受意识支配的简单活动,例如端茶递水。”
在3D打印的活性材料研制方面,邱小忠正和加拿大的科学团队合作,计划在生物支架上种植肝肾细胞,以此制备出合格的器官、组织。
“乐观估计,类似的打印骨头,将在5—6年内投入到临床,在此之前还有许多的路要走。”黄文华表示。虽然在临床上使用打印出的“真正的骨头”还只是个愿景,但黄文华已经开始尝试使用3D打印技术,帮助手指完全离断或部分离断且无法断肢再植的患者进行大胆“拼装”。
对于断肢、巨大伤口、复杂伤口的重症患者,目前主要是从伤者身体其他部位截取一段带有皮肤、肌肉、血管的皮瓣来填补。而面对断肢甚至断肢全部被绞碎的情况,3D打印技术就派上用场了。黄文华用3D打印出手掌的断截面,从患者的脚趾头中截取复合皮瓣,用脚趾替代手指。“做了3例类似手术,一例用脚趾替代手指,一例从双脚各截取两趾移植为手部指头,还有一例5个手指全部来自脚趾移植。”
黄文华认为,如果能用有活性的细胞进行打印,用干细胞诱导出各类对应的细胞,直接打印出匹配的器官,将是远期愿景。“目前,3D打印研究所已经加入广东省3D打印产业创新联盟,在和生物力学、组织工程学进行完美结合的同时,我们有信心打印出私人定制似的健康器官。”