(TNS)——在迈阿密大学新开放的3D生物打印实验室里，医学的未来看起来非常像科幻小说。想象一下能够修复人体的微型机器人设备，设计用来追踪癌细胞的分子，以及能在不到10分钟内创建假耳的打印机。
"你以为这是科幻小说，但其实不是，"迈阿密大学米勒医学院(Miller School of Medicine)生物化学和分子生物学系主任西尔维娅·多纳特(Sylvia Daunert)表示，"这是现实。"
位于迈阿密健康区(Miami's Health District)的迈阿密大学米勒医学院这座耗资500万美元的设施中，研究人员正在使用活细胞、蛋白质和生物材料创建3D打印组织、骨骼和其他生物结构。该实验室是南佛罗里达州同类设施中唯一的，旨在推进再生医学、药物开发和个性化治疗的研究。
教职员工希望这项技术能够促进广泛临床和研究应用，包括用于伤口愈合的工程皮肤和软骨、骨再生支架、患者特定的手术模型以及设计用于通过皮肤递送药物的微针。
该实验室的一个项目专注于帮助因创伤性损伤而失去大段骨骼的患者。在美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)和美国国防部(U.S. Department of Defense)的资助下，研究人员开发了一种3D打印材料，旨在为受伤军人和其他创伤患者替换缺失的骨骼。
治疗大范围骨缺损可能需要多次手术，即使如此，骨骼也不总是能正确愈合。
"这真的很痛苦，而且不是一次性的手术，"领导米勒医学院推动3D生物打印设施研究计划的保罗·G·科埃略(Paulo G. Coelho)博士表示，"所以这个项目就派上用场了。这类技术有着巨大的需求。"
研究人员开发了一种3D打印支架，其矿物质成分与天然骨骼相同，具有开放结构，允许细胞和血管生长进入其中。该支架通过用于稳定骨折的特殊3D打印杆插入，然后可以植入患者体内。随着材料与身体融合，新的骨骼在支架周围形成，帮助修复原本难以治疗的严重损伤。
该技术已经在动物研究中显示出成功，研究人员表示他们正准备开始人体临床试验。
尽管该实验室正在创建骨植入物等大规模结构，但该设施的主任瓦苏德夫·维韦卡南德·纳亚克(Vasudev Vivekanand Nayak)表示，最重要的突破发生在肉眼几乎看不见的微小尺度上。其中包括纳米机器人——设计用于在体内执行任务的微型机器，例如直接向病变细胞递送药物或监测患者健康状况。
"在这里进行的微米和纳米尺度的工作，例如用于药物递送的微针、纳米机器人的组件和其他微机电系统，可能对未来30年医学的发展更为重要，"纳亚克表示。
在实验室内部，科学家们正在开发纳米级技术，包括实时追踪患者健康状况并将数据直接传达给医生的可植入传感器，以及旨在帮助修复受损组织的靶向药物递送系统。
"我们确实拥有可以实际用于体内修复的纳米机器人，"多纳特表示，"它们拥有充当GPS的分子，可以找到癌细胞，或者找到需要修复的器官并到达那里，然后释放药物进行修复。"
该设施还作为未来科学家和工程师的培训场所。
每周，有超过十几名学生在实验室工作，学习如何操作打印机、编写代码并参与研究项目。其中一台机器专门用于学生培训，让他们亲身体验这项技术。
"对我们来说，培训下一代科学家、工程师和医学科学家非常重要，"多纳特表示，"他们完全是我们工作和研究的组成部分。"
尽管实验室中开发的许多技术仍需数年才能惠及患者，但研究人员表示，该设施已经在手术室中产生了影响。
利用CT或MRI扫描和计算机辅助设计，该实验室可以进行虚拟手术规划。虚拟环境用于绘制患者的确切解剖结构，并制造骨骼和器官的精确3D复制品，使外科医生能够在进入手术室前规划复杂程序。研究人员还可以打印定制的手术指南，帮助医生在手术中进行精确切割，减少手术室时间并提高准确性。
这些打印的指南作为模板，外科医生可以在手术过程中直接放置在患者身上，消除了手动测量和标记手术标志的需要。
展望未来，该实验室正准备增加两台定制的机器人铸造机(robocasters)——由该设施的研究人员设计的机器——将用于打印用于硬组织再生的特种材料，还可能帮助创建复杂的生物组织，包括分层皮肤。
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