可3D 打印全尺寸人腦模型

據(jù)華偉健2023年4月5日（Brain-X，https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/brx2.5）報(bào)道，美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)雷諾分校（University of Nevada，Reno）機(jī)械工程系金翼飛教授課題組提出一種基于響應(yīng)性屈服應(yīng)力流體的“peeling-boiled-eggs（PBE）”方法，實(shí)現(xiàn)了全尺寸人腦模型的快速制造，以用于術(shù)前模擬訓(xùn)練。

目前，手術(shù)仍然是治療腦部腫瘤及多種原因造成腦外傷的有效手段之一。 但由于人類大腦的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，極大提高了手術(shù)過程的難度。因此，根據(jù)患者病情而定制的術(shù)前大腦模型能夠幫助外科醫(yī)生精準(zhǔn)分析病灶和提高手術(shù)熟練度，從而提升手術(shù)成功率。然而，基于已有的模具成型方法，難以根據(jù)患者的大腦，打印出高精準(zhǔn)度的大腦模型。 同時(shí)，當(dāng)前的3D 打印技術(shù)，也只能利用生物相容性材料打印等比縮小的人腦結(jié)構(gòu)，無法實(shí)現(xiàn)全尺寸人腦模型的打印。

為解決上述問題，該研究團(tuán)隊(duì)使用PBE 方法，所使用的3D 打印材料是由海藻酸鈉（NaAlg）和明膠（gelatin）組成。 光固化溫敏性屈服應(yīng)力流體由納米黏土（nanoclay）、聚氧乙烯聚氧丙烯（Pluronic F127）和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）組成。不同于傳統(tǒng)的打印思路，PBE 利用了響應(yīng)性屈服應(yīng)力流體可在打印過程中隨時(shí)添加的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了短針頭打印全尺寸人腦外部輪廓的過程。 打印結(jié)束后，通過降低溫度完成了明膠的交聯(lián)反應(yīng)和支撐浴的液化。 這樣，人腦外輪廓模型可以移入氯化鈣（CaCl2）溶液實(shí)現(xiàn)海藻酸鈉的二次交聯(lián)。 同時(shí)，剩余的支撐浴材料回收以備后續(xù)打印使用。 完全固化后的人腦外輪廓模型被放置在紫外光下。 紫外光可有效穿過人腦外輪廓，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部人腦模型的交聯(lián)反應(yīng)。 通過37 ℃的檸檬酸鈉（sodium citrate）溶液完全溶解外輪廓，最終得到了全尺寸的人腦模型。該方法可以極大縮短打印時(shí)間、節(jié)省材料、降低成本。同時(shí)，短針頭的使用可以有效降低細(xì)胞擠出過程中的剪切應(yīng)力，為未來帶細(xì)胞的全尺寸人腦模型打印提供了可靠的方法。 此外，與腦腫瘤結(jié)構(gòu)一致的大腦組織補(bǔ)丁可在響應(yīng)性屈服應(yīng)力流體中快速打印。 該補(bǔ)丁模擬了腦組織的力學(xué)性能，可在未來用做術(shù)后組織恢復(fù)的藥物載體。