科学家借助3D打印发明两种治疗糖尿病的有效方法

胰岛病人身体内胰岛素数量产生不足，必须依靠补充胰岛素和结合其他方法进行治疗。而3D打印为患有这一疾病的人们带来了福音。

3D打印工艺促进胰岛细胞大量生长
美国纽约宾厄姆顿大学的一队研究人员正在试图通过开发一种3D打印工艺，目前的阶段目标是3D打印出功能性的胰腺3D模型。然后，这些可被作为载体供关键细胞“生长”。这一方法对于能够大规模生产胰岛素的胰岛细胞生长特别有用。

研究项目是在生物医学工程教授Kaiming Ye和Sha Jin的领导下进行的。Ye教授解释说，3D打印是实现这一宏伟计划的一个重要工具。虽然科学家先前已经非常成功地在实验室中培养出生长的细胞，但是在许多应用中细胞的培养与生长必须在一个三维尺度中进行，而不是陪替氏培养皿中的那种2D环境。而3D打印所创造的功能环境类似于真实的人体器官（如胰腺），实际上为科学家们提供了一个所需细胞的3D打印工厂。

对于糖尿病患者来说，这些细胞的“大规模生产”正是他们所需要的。“糖尿病最有效的治疗方法就是胰岛移植。”Ye说，“然而，由于供体的缺乏，广大的糖尿病患者根本没有胰岛可供移植。”一个3D打印的类似于胰腺的环境就能够很容易地解决这个问题。

这一切听起来很美妙，但要实现3D打印出活体器官却并不容易。为了做到这一点，Sha Jin的实验室正在致力于研究一个血管系统，该系统具有完整的泵血功能可以持续地向细胞提供氧气和营养物质。其次，该团队仍然在寻找能生产出纯净的胰岛细胞的“神奇物质”，这种“神奇物质”有可能由多能干细胞组成，它必须具有转化为胰岛细胞的能力。目前宾厄姆顿大学的这支研究团队已经获得了来自美国国家科学基金会（NSF）30万美元的研究拨款。


3D打印+胰岛移植：有望根治1型糖尿病
除了通过这种大量持续补充胰岛素的方式，科学家们还找到了另外一种有望治愈胰岛机能丧失的方法：3D打印+胰岛移植，将有望根治1型糖尿病。患者不用再持续服用免疫抑制药物以防止自己的免疫系统攻击植入的细胞，减少了免疫抑制类药物的副作用影响。

1型糖尿病多发生在儿童和青壮年，一度被称为少年糖尿病。据统计，只有百分之五的糖尿病患者是1型糖尿病。

这种方法通过3D打印的支架来化解人体内对植入的胰脏细胞产生的免疫反应。荷兰Twente大学的研究人员称，他们3D打印的支架改善了胰岛移植的成功率，他们的方法是将胰岛与海藻酸盐与明胶的混合物嵌入支架中。

他们称这种技术为Bioplotting，它会生成一种多孔的3D打印结构，该结构能够实现葡萄糖和胰岛素的最佳交换，从而达到控制血糖水平的效果。

事实上确实如此，实验结果表明这些3D打印的胰岛和支架能够充分执行它们所替代的胰岛细胞功能，而且可以提供必要的保护，防止出现免疫反应。

该项研究的参与者之一Aart van Apeldoorn博士说，这种免疫支架可以使用不可降解的水凝胶来打印出来。这种水凝胶里面包括可以阻断抗体和免疫系统的特定细胞，而其中网格的大小仍然足以使胰岛素充分扩散。

“如果我们要提升这种1型糖尿病的治愈率，就需要创建一种植入物，该植入物可以嵌入或者封装健康的胰岛细胞，而且这种植入物的结构和材料能够保证非常有效的氧气和营养的供给，以及胰岛素和葡萄糖的快速交换，同时将宿主细胞挡在外面（避免免疫反应）。”van Apeldoorn说。

据Aart van Apeldoorn博士称，这些“大孔支架”还能确保移植的胰岛细胞一旦植入，就不会不受控制地迁移到身体的其它部分。该研究结果发表在《Biofabrication》上。

这种方法实际上类似于3D打印一个胰脏器官，只不过它使用了其它人的健康胰脏细胞然后用3D打印的结构将其封装或保护起来，既起到了健康胰脏的大部分功能，又能避免免疫反应。真是让人脑洞大开，这无疑为3D打印直接用于疾病治疗指明了一种全新的方向！