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从科幻到现实生物制造业的黎明

2019-03-01 15:22:02

导语:生物制造是一项跨学科的新型产业。

关键词:生物;3D打印

生物制造发生于生物学与技术发展的交叉点。(图片来源:Vern Hart/Flickr, CC BY-NC)

我们能让他重生。我们有这个技术。

——1973年《无敌金刚》

科学正在追赶科幻小说的脚步。去年,一名残疾男子在接受了填补脊髓空隙的细胞治疗后,重新获得了行走的能力。不少人都移植了仿生眼,这也许能增强他们的视力,使他们可以看到红外或紫外图像。而截肢者则能通过思维控制仿生肢体。

同时,我们正在向着打印身体部件的未来迈进。

我们正在经历一场由技术工具引发的临床领域变革。这场潮流正在催生出一种全新类型的工程师,他们能填补工程学和生物学之间的空白。

请记住“生物制造者”这个名称。这个角色能将材料、机械电子和生物的专业技术与临床科学结合起来。

21世纪的职业

如果你需要一个新的身体部件,生物制造者就能为你制作出来。这是一种全新的概念,它所使用的是开创性的技术。那么,这种工作有职业说明吗?有,只不过尚未成型。

在美国,这一职业正在兴起之中。2012年,福布斯将生物医学工程(等同于生物制造)列为15个最有价值的大学专业之首。次年,CNN和将其称为“全美最佳职业”。

上述结论是基于薪酬、工作满意程度以及发展前景等做出的,据美国劳工统计局预计,未来十年间生物医学工程的工作岗位将大幅增长。

人工耳蜗为众多耳聋人士恢复听力。(图片来源:Dick Sijtsma/Flickr, CC BY-NC)

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同时,澳大利亚也在该方面积极开拓自己的道路。作为多通道人工耳蜗的诞生地,澳大利亚已经在生物医学植入方面享誉全世界。最近在植入钛制脚踵和颚骨方面取得的突破,进一步巩固了澳大利亚在这个领域的领先地位。

笔者最近参与了世界首个国际生物制造硕士学位课程的筹划工作,这项课程将为下一代生物制造者提供3D打印身体部件所需的各项技能培训。

这些技能不仅仅停留在技术层面,生物制造工作还需要与监管者交流、与临床医生合作的能力。这个新兴的产业正在对现有商业模式形成挑战。

生物制造者的人生

日复一日,生物制造者都在研究机器里扮演着重要的角色。他们与临床医生合作,提供适应临床需求的解决方案,然后与生物学家、材料和机械电子工程师合作,将解决方案付诸实施。

生物制造者是天生的多面手。他们能在黎明前探讨临床需求,在早上与电气工程师研究器件物理,在下午与生物学家讨论干细胞分化,而到了晚上则是一位准金融家。除此之外,还要关心监管方面的动态和参与社交活动这样的事务,这对于生物制造者来说更是不在话下。

我们在澳大利亚研究委员会(ARC)下属的电子材料科学研究中心(ACES)进行的研究,离不开天才的生物制造者团队的工作。他们帮助我们建造导管,用于再生受损神经;帮助我们设计植入式电子装置,用于监测即将发作的癫痫,并在发作前及时予以阻止;帮助我们利用3D打印制造出完美适合创伤处的人造软骨和骨骼。

随着学科之间的络逐渐成型,我们每周都能看到更多的应用。可穿戴式或植入式传感器能持续监测门诊患者的生命体征并传送给医生,该领域的应用前景十分广阔,而研究者们才刚刚起步。

同时,干细胞技术也在快速发展。要使细胞演变成组织和器官,需要在合适的3D环境下对细胞进行预先排列,并定制出经过设计的生物反应器来模拟体内的动态环境。

想象一下,科研人员在3D 环境下对干细胞进行排列,围绕在干细胞周围的是辅助细胞和生长因子,它们都以精确的方式遍布整个结构,然后再系统性地检测这些排列对生物过程的影响。这一切,现在都已经成为现实。

那些精通3D生物打印的人能够促进这些基础性探索的发展。

从科幻到现实生物制造业的黎明

未来展望

20世纪70年代的电视剧《无敌金刚》激发了人们的想象,但科学正在快速追赶科幻小说的脚步。(图片来源:Joe Haupt/Flickr, CC BY-SA)

除了学术研究,在医疗设备公司设计新型产品和疗法方面,生物制造者也有着巨大的价值。那些具有商业头脑的工程师会选择去开创属于自己的衍生公司。而更加传统的制造业也不会对这些公司的成长形成阻碍。

随着3D 打印技术的不断发展,显然我们将需要专注于特定临床应用的打印系统。在软骨再造手术中用到的打印机需要按照手术要求进行特制,其可靠耐用的机身内仅包含重要的部件。

经过合格训练的个人也可以在公共服务领域找到自己的位置,在监管机构或者社会公益组织中会较为理想。

为了这项代表未来的工作,我们必须现在就开始训练人才,生物制造硕士学位正在不断涌现新的机会。我们必须跨越那些阻碍进步的传统学科界限。我们必须与传统制造业开展交流,他们所具备的丰富技能是未来产业的基础。

在这些新兴产业方面,澳大利亚的投资条件十分到位。我们拥有正在不断革新的传统制造业,我们拥有历经数十年积淀、广泛而先进的知识库,我们拥有充满活力的添加剂生产技术基础,我们还拥有一个不断增长的备选商业环境。

关于作者:

Gordon Wallace,澳大利亚研究委员会(ARC)电子材料研究科学中心执行理事,卧龙岗大学智能聚合物研究中心主任。

Cathal D. O Connell,卧龙岗大学3D打印研究助理。

翻译:范俊;审校:侯政坤

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