摘要 - 这篇全面的审查论文封装了3D印刷在生物医学工程中的变革性影响,阐明了关键发现和贡献,这些发现和贡献强调了其在革新医疗保健方面的重要性。患者特异性植入物,假肢和矫形器的出现已成为标志性的成就,为个别患者提供了优化的舒适性和功能。手术精度已通过使用解剖上精确的3D打印模型细致的计划提升,从而大大降低了风险和并发症。定制的药物输送系统预示着个性化医学的新时代,确保了精确的给药和最小的副作用。生物打印技术已通过成功打印出功能组织和器官的重生医学的潜力,这有望在移植和组织修复方面取得突破。在牙科和颌面外科的领域中,3D打印简化了程序,提供定制的解决方案并改变了患者的生活质量。本评论强调了3D打印对医疗保健的深远影响,提供了个性化,精确且有效的医疗干预措施,为改善患者结果提供了巨大的承诺。
部门需求的关键领域(指示性且不详尽)生物科学和生物工程基础生物学:生物流,细胞和分子神经科学,癌症生物学,进化生物学,表观遗传学,生态学,结构生物学,具有冷冻微量学显微镜和核磁共振的专业知识,免疫磁共振谐波,免疫磁共振融合。Interdisciplinary Biology : Bioinformatics, Computational Biology, Mathematical Biology, Systems Biology, Biomechanics, Biological flow, Microfluidics, Bioinspired designs, Bioprinting, Biomaterials Engineering, Bio-transport Phenomenon, Bioelectricity, Mechanobiology, Computational drug design, Bio- photonics.高吞吐量生物学:多词(基因组学,蛋白质组学,代谢组学,现象学等)),功能性宏基因组学生物镜,高通量筛选,单细胞技术,芯片上的片段/器官实验室,精密医学。应用生物学:生态系统健康监测和干预措施,一项健康,生态系统建模,环境生物工程,食品和农业生物技术,基因组编辑,基因组工程,代谢工程,合成生物学,生物生物学/生物学工程。化学工程可持续化学工程,分子工程,工艺工程,生化工程,运输现象,化学反应工程,催化,质量转移,过程控制,热传递,化学工程热力学,分离过程,过程强化,过程强化,工艺工程中的AI/ML。Chemistry Chemical Biology & Medicinal Chemistry, Environmental chemistry, Gas phase spectroscopy, Transition Metal Chemistry, Electrochemistry, Physical Organic Chemistry, Supramolecular Chemistry, Bio-inorganic Chemistry, Bio-organic Chemistry, Computational Materials Chemistry, Polymer Chemistry Civil and Infrastructure Engineering Solid waste management, Wastewater Engineering, Transportation Planning, Smart Infrastructure Engineering, Earthquake工程
Tony 很小的时候就搬到了不列颠哥伦比亚省的温哥华,他很高兴能把这里当做自己的家。他在不列颠哥伦比亚大学获得了细胞和生理科学荣誉学士学位。在此期间,他在心肺创新中心与 Del Dorscheid 博士和 Janice Leung 博士一起研究了呼吸道上皮在哮喘和与 HIV/AIDS 相关的肺部疾病中的作用。他在不列颠哥伦比亚省儿童医院呼吸门诊的 Mark Chilvers 博士和 Connie Yang 博士的指导下完成了实习,负责协调儿童囊性纤维化和哮喘的观察和临床研究。在攻读理学硕士学位期间,他回到实验室研究呼吸道上皮中 SARS-CoV-2 发病机制的新机制,并与行业合作伙伴合作开发和验证了用于更清洁的水和空气的新型聚合物解决方案。在攻读博士学位期间,他在 UBC 基隆纳奥肯纳根校区 Emmanuel Osei 博士的指导下,致力于开发复杂、多细胞、血管化和动态的体外模型,以研究肺部不同细胞区室之间的相互作用。通过利用生物打印、共培养模型和灵活的生物反应器,他希望生成更具代表性的模型来研究呼吸系统疾病。
三维(3D)印刷已迅速成为骨科手术中的变革力量,从而实现了高度定制和精确的医疗植入物和手术工具的创建。本综述旨在为新兴的3D打印技术提供更加系统和全面的观点 - 从基于挤出的方法和生物互联的印刷到粉末床融合,以及包括生物活性剂和含细胞的墨水阵列的扩展材料。我们强调了这些技术和材料如何用于制造患者特异性植入物,手术指南,假肢和先进的组织工程支架,显着增强的手术结果和患者康复。尽管取得了显着进展,但领域仍面临挑战,例如优化机械性能,确保结构完整性,解决不同地区之间的监管复杂性,并考虑环境影响和成本障碍,尤其是在低资源环境中。展望未来,智能材料和功能分级材料(FGM)的创新,以及生物打印方面的进步,对克服这些障碍并扩大了骨科中3D打印的能力有望。这篇评论强调了跨学科合作和正在进行的研究在利用增材制造的全部潜力方面的关键作用,最终为更有效,个性化和耐用的骨科解决方案铺平了道路,从而提高了患者的生活质量。
Programme Regulations: 2024/25 Degree of Master of Research (MRes) offered in the Faculty of Medical Sciences: General Programme: MRes Medical & Molecular Biosciences (4807F) Subject Specialist Programmes: MRes Immunobiology (4813F) MRes Ageing and Health (4814F) MRes Cancer (4816F) MRes Regenerative Medicine and Stem Cells (4817F) MRes Neuroscience (4818F) MRes Biotechnology and Business Enterprise (4819F) MRes Toxicology (4820F)* MRes Translational Medicine and Therapeutics (4822F) MRes Animal Behaviour (4825F) MRes Epidemiology (4826F) MRes Medical Genetics (4827F) MRes Molecular Microbiology (4828F) MRes移植(4829F)MRES进化和人类行为(4832F)MRES线粒体生物学和医学(4834F)MRES糖尿病(4835F)MRES MRES神经肌肉疾病(4836F) (4840F)健康和疾病(4862F)MRES分子细胞生物学(4862F)MRES临床运动生理学(仅向内部互生候选者开放)(4863F)MRES生物制作和生物启动(4864f)(4864f)MRES(4864f)MRES药物输送和纳米赛(4869f)iSTERTARTY和DELTARS MISCISES(4869F)conciences(4869f)conciences(4869f)sciences(4869F)来自印度尼西亚大学的牙科学生(4872F)
摘要医学中的分子工程领域在近年来取得了显着的进步,彻底改变了医疗保健,诊断和治疗开发。然而,大流行展示了进步的要求,以及进一步的详细研究,这是至关重要的,也是前进的必要性。这项研究调查研究了分子工程的跨学科领域,探讨了其对再生医学,生物材料,组织工程的影响以及各种高级生物技术的创新,这些生物技术已经加速了健康科学。这项研究的主要目标旨在提供对生物材料应用的深入调查探索,并在再生医学中各自的作用及其在再生医学中的作用及其相关的进步,以及组织工程,组织工程,芯片设备的外围力学功能以及生物脑的探索方式,以探索功能性的探索方法,以使探索能力的生物分析,以使探索能力划分,以使探究性地探索功能性的范围,以探讨功能性的组织,该方法是在功能上的探索方法,该方法是在功能上的探索方法,该方法是在功能上的探索方法。医学,基因编辑,洞察药物发现,设计和筛查生物制剂以及在未来的医疗保健中如何发挥治疗和药物的方式。此探索还为高级技术提供了许多有意义且出色的结论,这些结论将在整个步骤的系统技术计算方法中探索和研究。
明胶甲基丙烯酰基(Gelma)水凝胶由于其合适的生物学特性和可调的物理特性而被广泛用于各种生物医学应用。gelma水凝胶由于存在细胞附着和基质金属蛋白酶反应型肽基序而与天然细胞外基质(ECM)的一些必要特性相似,从而使细胞可以在基于凝胶的基础支架中增殖并扩散。gelma也是通用的。在暴露于光照射时交联,以形成具有可调机械性能的水凝胶。它也可以使用不同的方法进行微观分化,包括微块,光掩膜,生物打印,自组装和微流体技术,以生成具有控制架构的构造。杂交水凝胶系统也可以通过将凝胶与碳纳米管和氧化石墨烯等纳米颗粒混合在一起,以及其他聚合物形成具有所需的合并性能和特征性特性的网络,以实现特定的生物学应用。最近的研究表明,在各种组织工程应用中,基于凝胶的水凝胶的促进效率,包括骨骼,软骨,心脏和血管组织等。除组织工程外,凝胶水凝胶的其他应用还包括基本细胞研究,细胞信号传导,药物和基因递送以及生物传感。©2015 Elsevier Ltd.保留所有权利。
个性化医学将成为预防和治疗方面最有效,最可持续的实践方式。如今,个性化医学的关键促进技术是3D打印或添加剂制造(AM),如今较为众所周知。在概念上简单但根本上扎根的方法在构建对象中,即来自数字蓝图的层层。根据所使用的AM技术,物体的材料可以是塑性,金属甚至某些人体组织。Szeged大学(3DC)的3D打印中心最近被推出,以合并和增加大学内相关研究团队的了解,并向那些新手解决AM的潜力的人开放机会。3DC的主要重点是生命科学,并配备了高端成像和3D打印仪器。我们的金属打印机能够在广泛的高科技材料组合中打印,但也可以使用医学级钛和不锈钢合金运行,适合植入物和医疗仪器。我们有两台专业的高分辨率树脂3D打印机,能够打印甚至生物相容性材料。3DC正在用机械和气动打印机来解决生物打印,而我们的几台SLA和FDM技术的台式打印机都在教学方面进行了教学。最后但并非最不重要的一点是,也可以使用其他几种辅助仪器,例如3D光学显微镜,一种动态的机械测试仪,但要提到一些。
3D打印的医疗用途正在快速扩展,并且会改变医疗保健的大时间。这些用途可以分为四个主要领域:制造组织和器官,创建定制的植入物和假肢,对药物进行研究,并弄清楚如何将药物置于体内正确的位置。在医学中使用3D打印可以使诸如假肢,设备甚至药物之类的东西为每个人进行超级定制,这真的很酷。它还使事情变得更便宜,帮助人们更有效地工作,让任何人都可以在不需要花哨的机器的情况下设计东西,并将科学家聚集在一起从事项目。,但这并不是所有的阳光 - 在3D打印之前,仍有许多科学和监管挑战确实可以改变医疗保健。人们一直在医学上的3D打印中取得了重大进步,但他们仍在等待最具游戏规则的东西。通过3D打印制造的自定义助听器彻底改变了听力学领域,超过99%的现代助听器是针对个人用户量身定制的。人体的独特复杂性使3D打印模型对于手术制备必不可少,比传统的2D成像方法提供了更准确的表示。此外,神经外科医生可以从3D打印模型中受益,以更好地理解复杂的人体解剖结构。在许多情况下,这些模型有助于医学专业人员在手术前对患者的特定解剖学特征获得宝贵的见解。3D打印技术的最新进步正在彻底改变包括医学在内的各个领域。此外,3D打印的进步导致了定制的药物配方和新型剂型的形式,例如微胶囊和纳米舒张,这对个性化医学有希望。3D打印在医疗应用中的潜在好处包括增加定制和个性化,成本效率,提高生产率,民主化和协作。尽管有希望的应用,但3D打印仍面临一些挑战,包括不切实际的期望和炒作,安全和保安问题,专利和版权问题。虽然已经使用了某些应用程序,但例如器官打印等其他应用程序需要更多的时间来开发。可以在线找到有关3D打印医学应用程序的综合报告,其中包含详细的图像和说明。国家医学图书馆(NLM)提供了对科学文献的访问权限,并维护了一个数据库,其中包含有关医学中3D印刷的信息。但是,将其包含在其数据库中并不意味着与NLM或国家卫生研究院的内容认可或同意。最近的一篇文章回顾了将3D打印应用于医疗领域的一些最新发展,涵盖了当前的艺术状况以及用于医疗应用的3D打印的局限性。美国测试与材料学会(ASTM)国际委员会F42采用了添加剂制造(AM)来从三维数字数据中产生物理对象的技术。手术规划已演变为合并高级技术。在一项研究中,Vodiskat等。添加剂制造(通常称为3D打印)是一种制造方法,可以通过将材料融合或将材料融合到底物上或将物质融合或沉积物质来创建物体。此过程具有高度的用途,可以利用各种材料,例如粉末,塑料,陶瓷,金属,液体或活细胞。通过研究复杂的器官或解剖标本的解剖学和生理学,外科医生可以为操作创建个性化计划。3D模型使他们能够在进入手术室之前探索不同的方法并获得动手经验。此过程大大减少了操作时间并改善了结果。3D印刷患者特定的假体的最新进展使残疾人能够过正常生活。高质量的成像技术允许精确的解剖假体创建,影响包括牙科在内的各个医学领域。将尸体材料用于培训引起了道德问题和成本问题。3D打印通过从CT成像中重现复杂的解剖器官提供了一种新颖的解决方案,适用于没有尸体的情况。能够打印不同尺寸的多个副本的能力也有益于培训设施。可以直接印刷细胞的打印机的开发导致了毒性测试的细胞结构的自动产生,并针对疾病和肿瘤进行了新的治疗方法。这项技术通过允许对匹配天然细胞排列的组织的可重复打印来加速研究过程。使用3D打印模型来对复杂的先天性心脏状况进行术前计划。医学研究的应用包括生产人体器官和组织结构,将它们与模仿本地人体器官的功能相结合。下一步是在操作过程中打印可移植的器官或器官,彻底改变医学。药物输送也将随着3D打印成为药品不可或缺的一部分,可以实现指定剂量和持续的释放层。使用3D打印技术可以实现个性化治疗,并通过创建针对其解剖结构的定制药物输送设备来帮助患者减少药物。这些进步表明,3D打印正在改变医学,许多应用程序使进行详尽的审查变得具有挑战性。最近的几项研究集中在特定领域,例如组织和器官的医学成像,手术和生物打印。本综述旨在通过研究各种应用程序(包括个性化处理,术前计划模型和定制的药物输送设备)来检查2014年以来的发展,从而证明当前的艺术状况。他们采用了两种不同的市售技术来重建三名患者的缺陷,得出结论,有了良好的CT扫描数据,可以创建一种具有成本效益的3D印刷模型。另一个具有挑战性的区域是旧骨盆骨折手术,其中Wu等人。评估了在四年和9个临床病例中使用3D打印的骨盆模型进行术前计划。他们发现术前计划与术后结果之间有良好的相关性,但建议进一步研究以巩固这些模型的使用。Truscott等人。提出了3D打印模型的案例研究,这些模型可以帮助外科医生进行术前计划,从而从骨盆和股骨,眼窝和肩cap骨的CT扫描数据创建模型。他们使用激光插入技术从钛中脱颖而出,与CNC工艺相比,结论一下将材料废物最小化。研究人员使用3D打印技术成功地创建了耳朵假肢(PVDF)。假体对压力变化表现出很高的敏感性,表明在生物医学工程中使用了潜力。传统的患者特异性颅骨成形术假体很昂贵。相比之下,一种具有成本效益的方法使用丙烯酸骨水泥。但是,水泥的手动制造可能很麻烦,可能不会产生令人满意的结果。使用FDM创建了CT扫描数据的3D打印头骨,作为模板来塑造丙烯酸植入物。这种方法在临床环境中的有效性需要进一步研究。一种新型的陶瓷制造技术,结合了冻结的泡沫,实现了开放式孔连接的泡沫结构,可以用作下一代骨骼替代材料,用于个性化植入。提出了一种创建周期性蜂窝结构的设计方法,由材料制成的3D打印植入物将满足较轻的植入物的要求并满足审美和功能需求。最近的研究还使用了3D打印来再现具有精确反映个人特征的组织的巨大潜力的患者特异性组织材料。Khaled等。 Goyanes等。Khaled等。Goyanes等。3D打印模型在解剖学上是准确的,只要提供高质量的CT扫描数据。但是,它们可能不灵活,这使得在涉及大脑(大脑)的软组织的情况下进行应用。使用组合的3D打印,成型和铸造的一种建议的方法创造了逼真的,生理准确和可变形的人脑模型。研究人员已使用独特的技术成功地创建了个性化的大脑模型。这种突破允许创建解剖上准确且可变形的大脑模型,可用于手术计划或医学训练(图3)。此外,科学家还开发了具有成本效益的方法来生产人类解剖学对象的高质量复制品,以进行培训。3D打印技术的发展也导致了癌症研究的重大进步。通过使用HeLa细胞和水凝胶结构创建合成宫颈肿瘤,研究人员已经能够研究该疾病的生长和行为(图4)。这种创新的方法显示出令人鼓舞的结果,肿瘤增殖得更快并形成细胞球体。此外,生物打印已通过微流体网络引导细胞来创建复杂的组织结构。Drexel University的研究人员开发了定制的沉积设备,可以精确材料沉积和异质细胞共培养(图5)。在另一个突破中,科学家使用了3D打印的水凝胶支架来种植微藻和人类细胞的培养物。生物制造。2016; 138(4):041007。2016; 138(4):041007。微藻能够迅速生长,叶绿素含量在几天内增加了16倍。该技术有可能将氧或二级代谢物作为治疗剂提供。技术与生物学的交集导致了3D生物打印的开创性进步。康奈尔大学的研究人员成功地使用水凝胶作为细胞的脚手架打印了全尺寸三叶心脏瓣膜,展示了它们在医疗应用中的潜力。但是,他们指出原型的拉伸强度需要改进。爱丁堡的研究人员通过使用3D打印技术打印功能“迷你肝”,取得了重大进步。他们的创新在于保留3D藻酸盐水凝胶基质中脆弱的臀部细胞的生存力和多能性。这项工作对无动物的药物试验和个性化医学具有深远的影响。超出人体器官的范围,研究人员创建了一个3D形态空间,以描述各种尺度(包括细胞和动物生物)的生物结构。此工具使他们能够探索新的生物配置并研究有关进化的基本问题。此外,伦敦大学学院的研究人员还表明,在制造局部药物输送系统以治疗痤疮等疾病中,有3D生物打印的潜力。他们使用热熔体挤出将水杨酸加载到商业聚合物丝中,突出了该技术的多功能性。3D打印的多功能性可通过调整丝制剂来进行不同的剂量。3D打印技术因其在创建个性化医疗设备(包括药物片和假肢)方面的潜在应用而进行了探索。研究人员发现,立体光刻(SLA)方法可以生产具有精确接触甚至剂量输送的设备。使用桌面3D打印机成功打印了甲烯烃双层片,证明了其产生高质量药物片的潜力。他们比较了药物释放曲线,发现在14小时剂量周期中,一种设计保留在商业药物概况的10%之内。通过使用FDM工艺打印paracetamol的细丝,研究了不同形状对药物释放曲线的影响。他们的结果表明,使用传统方法很难制造复杂的几何形状,但可以更好地控制药物释放。3D印刷和医学生物印刷方面的最新发展在各个领域都具有巨大的潜力。在手术中,3D印刷模型可以帮助外科医生进行计划操作,缩短程序时间和改善结果。也可以快速,经济地创建特定于患者的假肢,使其成为传统解决方案的有吸引力的替代品。Zhao等,Snyder等人和Lode等人等研究人员的工作。已经证明了更准确的疾病模型的潜力,尤其是在癌症研究中。将微流体与3D生物构成整合起来,可以创建复杂的组织结构和共培养物,为功能器官的发展铺平道路。2014; 6(3):035001。 doi:10.1088/1758-5082/6/3/035001。目前,打印整个生物器官仍然是一个遥远的目标。虽然细胞打印可以产生强大的细胞培养,但创建具有必要结构完整性的结构仍然是一个重大挑战。水凝胶矩阵,印刷技术和微流体的整合是通过生物打印来开发功能性人造器官的关键步骤。在不久的将来,3D打印机可能在药房中很普遍,从而实现了个性化的药物输送和制造定制设备。例如,可以通过控制几何形状和精度来实现具有控制药物释放的打印平板电脑。3D印刷在医学中的应用是巨大而变革性的,从创建一次性物体到假肢。随着研发的继续,我们可以期望在个性化药物,器官印刷和手术计划等领域取得令人兴奋的进步。但是,这些技术仍处于早期阶段,需要在广泛采用之前进行进一步的创新和实际考虑。本文讨论了3D打印技术的应用和进步,尤其是在医学领域。作者参考了各种研究和研究论文,探讨了3D印刷在医学中的潜在用途,包括创建假肢,植入物和生物印刷。引用的论文涵盖了一系列主题,从钛植入物的生物相容性到开发用于测试药物毒性的芯片技术。几项研究探讨了3D打印在手术和医学中的使用。生命科学工程学。讨论的其他领域包括三维生物印刷,医学成像和假肢的计算机辅助制造。一些好处包括提高手术计划中的准确性和精度,减少了传统方法上花费的成本和时间,以及改善患者的结果。研究人员还使用3D打印来为具有独特需求的患者创建定制的植入物和假肢。3D印刷在医学中的其他应用包括为训练目的创建实际的器官和组织模型,开发了个性化的神经外科手术计划的大脑模型,以及用诸如压力和温度等内在特性的感觉耳朵假体制造感觉耳朵假体。研究还研究了使用3D打印来生产患者特异性的丙烯酸颅骨成形术,定制的骨盆损伤模板和具有量身定制的机械性能的功能多孔结构。此外,研究人员还探索了用于生物医学应用的陶瓷和金属陶瓷复合材料的创新制造方法。3D打印在手术中的优点包括其创建复杂形状和结构,减少废物和材料消耗的能力,并提高手术计划的准确性和精度。但是,这项技术也存在一些挑战和局限性,例如对专业设备和专业知识的需求以及对灭菌和感染控制的潜在关注。总体而言,3D打印有可能彻底改变手术和医学的各个方面,从术前计划到植入植入物和患者护理。2015; 15(2):177–183。2015; 15(2):177–183。Zhang等人,用于体外Zhang T,Zhang T,Cheng S,Sun W.宫颈肿瘤模型的HeLa细胞三维印刷。Zhang等人,用于细胞设备的微流体歧管制造Snyder J,Son AR,Hamid Q,Sun W.通过精确挤出沉积和含细胞装置的复制模制来制造微流体歧管。制造科学与工程杂志。lode等人,绿色生物打印Lode A,Krujatz F,BrüggemeierS,Quade M,SchützK,Knaack S,Weber J,Bley J,Bley T,Bley T,Gelinsky M. Green Bioprinting:光合作用藻类Laden Hadegae Laden Hydogel scapforts的生物性和医学物质。duan等人,异质主动脉阀Conduits Duan B,Hockaday LA,Kang KH,Butcher JT的3D生物打印。与藻酸盐/明胶水凝胶异质主动脉瓣导管的3D生物打印。生物医学材料研究杂志研究部分A。2013; 101(5):1255–1264。 Faulkner-Jones et al., Bioprinting of human pluripotent stem cells Faulkner-Jones A, Fyfe C, Cornelissen DJ, Gardner J, King J, Courtney A, Shu W. Bioprinting of human pluripotent stem cells and their directed differentiation into hepatocyte-like cells for the generation of mini-livers in 3D. 生物制造。 2015; 7(4):044102。 ollé-Vila等,合成器官和类符号的形态 - ollé-vila A,Duran-Nebreda S,Conde-Pueyo N,MontañezR,SoléR。 综合生物学。 2016; 8(4):485–503。 受控释放杂志。 2016; 234:41–48。2013; 101(5):1255–1264。Faulkner-Jones et al., Bioprinting of human pluripotent stem cells Faulkner-Jones A, Fyfe C, Cornelissen DJ, Gardner J, King J, Courtney A, Shu W. 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培养肉,也称为人工培育肉或实验室生长肉,旨在通过体外细胞培养而非传统的牲畜屠宰来生产肉类[1,2]。作为一种新兴的细胞农业技术,生产培养肉的本质是基于动物组织再生机制构建肌肉组织。因此,各种组织工程技术已应用于培养肉[3−5]。尽管有许多发展,但不难发现它们可以分为两类,这也是培养肉的两个典型难点。一类侧重于促进肌肉细胞分化,这可以通过纹理/图案化的表面或空间限制来帮助实现。另一种致力于通过自上而下或自下而上的方法构建三维(3D)组织结构。与直接制造3D结构的自上而下方法不同,自下而上的策略是首先生成构建块,然后将其组装起来以实现大规模构建。基于这些理解,我们将从纹理支架、3D 生物打印、成型、图案化和细胞片工程等分类概述培养肉的前沿组织工程策略。在讨论工程方法时,还将介绍应用材料。最后,我们将讨论该领域的未来前景和挑战。