3D打印心臟橫空出世，能用嗎？是否靠譜 ？

人機共生的電子皮膚來了？假肢患者有望恢復(fù)觸覺？

1.7克的“大腦觀測器”，如何助力阿爾茲海默癥治療突破？

這些聽起來像科幻小說的場景，正在大灣區(qū)實驗室里成為現(xiàn)實！今天讓我們跟一起看看這些醫(yī)學(xué)“黑科技”如何走向我們的生活。

一顆跳動的心

從打印機里誕生？

心臟也能3D打印了？

在深圳清華大學(xué)研究院生物智能制造和活體打印研發(fā)中心，我們就見證了一顆心臟的誕生。 

器官3D打印，是用活性細胞打印出具有相同結(jié)構(gòu)和功能的器官，那么要成功打印一顆心臟到底需要哪些步驟呢？

首先需要一臺生物3d打印機

準備生物打印用的“墨水”，墨水其實就是細胞，打印一個器官，需要非常多的細胞。

吸取生物墨水、將生物墨水轉(zhuǎn)入“墨盒”，設(shè)置打印參數(shù)，開始打印，這進行的第二次3D打印，最終將打印出器官或者類器官。

神奇的生物墨水

究竟長什么樣呢？  

別小看這個像粉絲一樣的結(jié)構(gòu)，它其實就是細胞的豪宅，傳統(tǒng)細胞培養(yǎng)是在培養(yǎng)皿中，細胞單層貼壁生長，就像是躺在大通鋪上，生存條件并不好，而“粉絲”里的細胞，有著和人類體內(nèi)相仿的立體空間結(jié)構(gòu)。

深圳清華大學(xué)研究院生物智能制造研發(fā)中心主任 徐弢

“你看我們?nèi)∑渲械膬蓷l，這一根長長的面條有那么10來億的數(shù)量，這個就像我們的骨髓腔里面的骨髓線一樣的，一條條骨髓線，它是形成一個家族式的生長，這就是我們的干細胞的應(yīng)該待的環(huán)境。在這個環(huán)境下，給細胞就提供了一個五星級的家?！?/span>

活細胞+特殊營養(yǎng)因子+特殊生物材料=生物墨水

      器官打印難度排行榜

全球范圍內(nèi)的器官短缺問題一直存在，如今，生物3D打印技術(shù)已在小型器官模型的構(gòu)建中取得了一定進展。 那器官打印的難易程度到底是怎樣的呢？讓我們來做個排序吧。

3D打印類器官

精準篩選抗癌藥

數(shù)據(jù)顯示，中國 2022 年癌癥新增病例約 480 萬（占全球總數(shù)的 24%），癌癥死亡病例約 260 萬（占全球總數(shù)的 26.7%），兩數(shù)據(jù)均位列第一，中國成為癌癥負擔(dān)最重的國家之一。而在世界范圍內(nèi)，肺癌再次成為全球第一大癌，乳腺癌則是女性新發(fā)和死亡最常見的癌癥。

癌癥是一類極為復(fù)雜的疾病，針對不同類型的癌癥，生物3D打印技術(shù)可以將癌癥細胞打印，做成腫瘤類器官，用于臨床上病人個性化藥物篩選，最終找到最合適的癌癥藥物， 對于試驗動輒百萬的免疫藥也降低了篩藥成本。

深圳清華大學(xué)研究院生物智能制造研發(fā)中心主任 徐弢

“比如說免疫藥本來就是非常昂貴，動輒幾十萬上百萬的都有，但是這種藥到底有沒有用？用我們這個模型完全就可以解決這個問題，把那種昂貴的靶向藥拿到給我們，初步篩一下，發(fā)現(xiàn)它能結(jié)合就趕緊用，沒結(jié)合那就不要用，那就可能換一種藥?！?/span>

“這個是針對腫瘤類器官的特質(zhì)的，我們團隊獨立開發(fā)的，也是世界上首臺類器官的高通量生產(chǎn)的打印機?！?/span>

電子皮膚

能讓假肢擁有觸覺？

最近人形機器人大熱，未來機器人能夠和人類一樣擁有感知世界的能力嗎？

佩戴假肢的人也可以慢慢恢復(fù)知覺嗎？

今天我們來到了南方科技大學(xué)，這里有一個研究團隊研發(fā)出了一款神奇的電子皮膚。

電子皮膚

是一類柔性傳感器，具有類似人體皮膚一樣柔性、輕薄的形態(tài)，能夠和周圍環(huán)境進行交互。如何和設(shè)備面很好地貼合、包覆，這就對材料提出了很高的要求。

按壓電子皮膚，電子屏幕上便即刻顯示出相應(yīng)的壓力感應(yīng)示意圖

南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授 郭傳飛

“在材料方面，我們表面的封裝材料它要柔軟，我們甚至最近開發(fā)了一種封裝材料，它可以耐穿刺，你拿針或者拿刀去戳它是不太容易戳破的?！?/span>

材料靈敏了，很多時候意味著傳感器測量的壓力就不能過大，科研人員通過材料創(chuàng)新兼顧了二者的平衡。

汽車輪胎測試

精細程度測試

南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授 郭傳飛

“我們電子皮膚它既能檢測到非常小的一個力，比如毫克，又往上能測很大的壓力，比如說10個大氣壓，所以它既能干精細活又能干粗活。”

目前，殘障人士可以通過肌電信號來實現(xiàn)對假肢的控制，但假肢卻不具備觸覺的傳感功能。目前團隊正在研究的，就是如何讓假肢在擁有觸覺的同時，將交互產(chǎn)生的信號傳輸給大腦。一旦實現(xiàn)了這一功能，假肢便能夠為使用者提供更真實的使用感受。

南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授 郭傳飛

“電子皮膚能夠刺激人的皮膚，比如一個殘疾人他可能沒有手了，但是其他的皮膚還是好的，我去用電刺激另外一個地方，讓他感覺到這里有震動或者是有其他的一些刺激，那么他經(jīng)過長時間的訓(xùn)練之后，就能感覺這是我這個手在摸到了某些東西或者是跟外界進行交互?！?/span>

記者

“等于說我用電流刺激就可以讓所剩無幾的觸感，被喚醒，好像有點助聽器的感覺?！?/span>

“大腦觀測器”

非侵入式腦機接口

破解腦部疾病的密碼

這些頭頂裝置和天線的老鼠們可不是在玩游戲，它們有著重要的任務(wù)，在深圳先進院，科學(xué)家們創(chuàng)造出了一款僅重1.7克可穿戴的腦機接口新工具。

它可以觀測到自由活動下小鼠神經(jīng)元活動和血氧代謝的活動。

這是世界上第一臺能夠在自由活動的動物上面，以單個細胞的分辨率，觀察神經(jīng)元放電和血流血氧變化的設(shè)備。

  深圳先進院醫(yī)學(xué)成像全國重點實驗室研究員 劉成波

“利用這個工具我們就可以研究腦卒中是什么時候發(fā)生的，有哪些方法能對卒中進行有效的干預(yù)，這個工具在一些重要的腦疾病里面有了它獨特的應(yīng)用價值。通過神經(jīng)血管耦聯(lián)，特別是通過一些前期的成像結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)血管的異常，可以盡早進行干預(yù)，防止癲癇的發(fā)作?！?/span>

深圳先進院醫(yī)學(xué)成像全國重點實驗室助理研究員 陳寧波

“在小鼠癲癇發(fā)作過程中的癲癇波的傳輸過程中，我們發(fā)現(xiàn)，在整個的癲癇爆發(fā)之前大概幾十秒的時間，我們可以觀測到部分的血管它有一個擴張，而且血氧有一個非常明顯的消耗?！?/span>

科研團隊表示，現(xiàn)階段對于研究神經(jīng)血管的耦聯(lián)關(guān)系，通過血管活動反推神經(jīng)活動可以大幅提高未來的醫(yī)學(xué)診斷速率。

深圳先進院醫(yī)學(xué)成像全國重點實驗室研究員 劉成波

“在神經(jīng)退行性疾病里面，包括阿爾茲海默病、帕金森病，有一部分病人產(chǎn)生這些疾病的原因，是因為他的神經(jīng)血管耦合的功能出現(xiàn)了退化，特別是老年人，往往他們發(fā)病是因為神經(jīng)血管耦聯(lián)的功能出現(xiàn)了異常，導(dǎo)致神經(jīng)不能夠去調(diào)控血管，從而導(dǎo)致神經(jīng)的一些代謝廢物無法通過血管的通道排出體外，這樣就造成這些廢物在腦袋里面不斷的累積，經(jīng)過多年之后，這些廢物就會對我們大腦造成一個難以逆轉(zhuǎn)的損害。所以通過所謂的神經(jīng)血管耦聯(lián)，可以加速大腦里面代謝廢物的清除，當(dāng)然這個過程實際上還涉及到進一步的血管跟一些類淋巴系統(tǒng)的一些關(guān)聯(lián)。”

科研人員告訴我們，這款雙模態(tài)成像探頭的分辨率達到1.5微米精度。

深圳先進院醫(yī)學(xué)成像全國重點實驗室副研究員 徐智強 

“我們成像技術(shù)具有非常高的空間分辨率，可以實現(xiàn)1.5微米分辨率，這是什么概念？它可以看清單個神經(jīng)元細胞，同時它也能看清大腦里面最細的微血管，比如說毛細血管?！?/span>

而作為腦機接口新工具，這款非侵入設(shè)備的精度并不亞于侵入式腦機接口設(shè)備。

侵入式

非侵入式

深圳先進院醫(yī)學(xué)成像全國重點實驗室研究員 劉成波

“我們看神經(jīng)利用的是共聚焦熒光成像，這個時候要對神經(jīng)元進行蛋白的標記。我們看血管利用的是光聲成像，這個時候我們直接利用的就是血紅蛋白，但是目前遺憾的是在人體層面受限于人體倫理，目前還只能對大腦的血管血流進行觀測，還無法對神經(jīng)活動進行直接觀測。所以在人體層面，我們恰恰是利用了神經(jīng)血管耦聯(lián)的這種關(guān)系，通過觀察到的血流血氧的這些信號來反推神經(jīng)的活動信息?！?/span>