密蘇里大學(xué)工程學(xué)院的研究人員成功地利用3D打印技術(shù)制作了人腦的人工模型。這項(xiàng)突破有望徹底改變科學(xué)家研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病、培訓(xùn)醫(yī)療專業(yè)人員以及開(kāi)發(fā)個(gè)性化治療工具的方式。

目前該模型的大小約為真實(shí)人腦的15%，但研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在一年內(nèi)制作出全尺寸版本。這款3D打印大腦模型的獨(dú)特之處在于，它不僅忠實(shí)地模擬了真實(shí)腦組織的外觀，還模擬了其力學(xué)結(jié)構(gòu)和電磁特性。

這個(gè)3D打印的大腦模型只有真實(shí)人腦大小的15%。

什么是腦鬼影？

在研究中，“模型”指的是一種測(cè)試樣本或模型，其設(shè)計(jì)目的是復(fù)制真實(shí)生物組織的材料特性和成像特征。這種腦部模型使研究人員能夠分析大腦對(duì)機(jī)械力和電磁波的反應(yīng)。它提供的數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)模擬無(wú)法提供的。

一種新方法：集成式3D打印

大多數(shù)軟組織模型采用的方法會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，無(wú)法體現(xiàn)真實(shí)腦組織的異質(zhì)性。為了克服這一局限性，密蘇里大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)采用了一種名為“集成3D打印”的技術(shù)。

該模型并非在空氣中打印，而是在凝膠狀支撐介質(zhì)的槽內(nèi)打印。這種支撐介質(zhì)賦予打印件必要的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而能夠再現(xiàn)大腦不同區(qū)域的剛度差異，以及其靈活的褶皺和溝槽。

集成式3D打印技術(shù)可以制造出剛度可變的模型。

一種模擬腦組織的定制墨水

這項(xiàng)研究的主要?jiǎng)?chuàng)新之一在于開(kāi)發(fā)了一種定制墨水：一種經(jīng)過(guò)改良的普通聚合物，研究人員可以對(duì)其進(jìn)行精確調(diào)整，以重現(xiàn)腦組織的機(jī)械、熱學(xué)和介電特性。

通過(guò)調(diào)整墨水的化學(xué)成分，該團(tuán)隊(duì)可以打印出類似于灰質(zhì)或白質(zhì)的區(qū)域：

大腦和脊髓中含有灰質(zhì)。它支持思維、運(yùn)動(dòng)和記憶，并在信息處理、行為控制和情緒管理中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

白質(zhì)傳導(dǎo)、處理和傳遞脊髓內(nèi)的神經(jīng)信號(hào)，并解釋來(lái)自身體的感覺(jué)信息。

機(jī)械與航空航天工程講師、該研究的合著者克里斯托弗·奧布萊恩解釋說(shuō)：“人體組織極其復(fù)雜，由不同性質(zhì)的材料組成。我們的3D打印方法使我們能夠以以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的方式重現(xiàn)這種復(fù)雜性?！?/span>

應(yīng)用領(lǐng)域：從醫(yī)學(xué)培訓(xùn)到神經(jīng)學(xué)研究

3D打印的大腦模型在醫(yī)學(xué)和研究領(lǐng)域具有廣泛的潛在應(yīng)用：

醫(yī)學(xué)培訓(xùn)：醫(yī)生和醫(yī)學(xué)生可以使用逼真的3D打印大腦模型進(jìn)行訓(xùn)練，從而在接觸病人之前安全地反復(fù)練習(xí)。

個(gè)性化治療方案：根據(jù)個(gè)人MRI或CT掃描生成的定制大腦模型可以幫助醫(yī)生制定和調(diào)整治療策略。

醫(yī)療器械測(cè)試：模型可用于研究植入物或常見(jiàn)電子設(shè)備如何與腦組織相互作用。

神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究：這些幽靈可以幫助科學(xué)家研究阿爾茨海默病、腦動(dòng)脈瘤和頭部損傷等病理的進(jìn)展。

Mujtaba Rafique Ghoto（左）和Christopher O'Bryan正在準(zhǔn)備3D打印過(guò)程中使用的計(jì)算機(jī)模型。

該研究的首席研究員、博士生穆杰塔巴·拉菲克·戈托強(qiáng)調(diào)了該項(xiàng)目的更廣泛意義：“它旨在為醫(yī)學(xué)和科學(xué)界提供一種既實(shí)用又個(gè)性化的工具。它在改善健康和安全方面具有巨大的潛力?！?/span>

編譯整理：3dnatives