从用于预测癫痫的生物合成大脑到用于再生肌肉和骨骼的微型 3D 打印植入物，这项研究处于医学上可能的最边缘。

但正是这些想法背后的团队——工程师、机器人专家和生物学家与顶级外科医生和临床医生合作——实现了梦想与交付之间的区别。

Rob Kapsa 教授是皇家墨尔本理工大学艾肯黑德医学发现中心的首席研究员，他领导着一个使用 ACMD 专门建造的生物制造实验室的研究小组。

ACMD 总部位于墨尔本圣文森特医院，将研究人员和临床医生聚集在一起，为我们面临的一些最大的生物医学挑战寻找解决方案。

由于认识到该中心的重要作用，维多利亚州政府批准建造耗资 2.06 亿美元的专用设施，以支持其持续发展。

首先，什么是生物制造以及它如何改变医疗？

从根本上讲，这是为了制造完全融入我们身体的东西，以治愈、修复和恢复功能。

与传统植入物不同，生物制造结构和设备实际上可以接近模仿活体人体组织的惊人复杂性。

生物制造结合了材料工程、生物科学、增材制造、纳米技术和生物医学健康技术。

它为制造修复、替换和再生从骨骼和肌肉到大脑、关节和结缔组织的任何结构提供了巨大的机会。

例如，研究人员正在研究新的生物制造技术来修复老年人日益恶化的骨骼，为糖尿病患者开发定制的自我调节人工胰腺，并为创伤患者构建替代肌肉。

告诉我们您正在制造的生物合成“大脑”。

当您试图了解大脑如何工作以及如何在出现问题时修复它时，观察二维幻灯片上的细胞只能帮助您到此为止。 Kapsa 教授表示，因此我们使用 3D 生物打印技术在三个维度上进行构建。

我们制造的“大脑”很小，大约3毫米乘3毫米，但那里有足够的功能大脑可供研究和分析（而且，人类大脑皮层只有3毫米厚）。< /跨度>

我们的小脑块是由皮肤细胞制成的，我们将其重新编程为可以产生神经元的干细胞。 “大脑”块悬浮在 3D 胶原蛋白基质中，并放置在电极阵列上。

使用电刺激或添加神经化学物质，我们可以让神经元放电。电极阵列记录该活动（模仿神经系统的放电），让我们深入了解正在发生的情况。

从本质上讲，这些是个性化的合成大脑结构，非常适合致力于理解和治疗神经系统疾病的科学家。

这些“大脑”如何帮助我们研究癫痫？

百分之一的人患有癫痫症，但我们知道，其中大约一半的人在年轻时大脑受到一些损伤后，会在以后的生活中患上这种疾病。

我们认为这可能是因为有些人有遗传倾向，但目前我们无法预测谁可能因头部受伤而面临患癫痫的风险。

在这项研究中，我们与默多克儿童研究所的神经科医生以及墨尔本圣文森特医院的神经科医生合作，他们发现了导致癫痫的基因突变。< /跨度>

我们从具有这种基因突变的人身上提取皮肤细胞，去除突变，并从这些基因编辑的细胞中培育出生物合成的“大脑”。为了进行比较，我们还用未经编辑的“癫痫阳性”细胞制作了大脑。

然后，我们通过诱导一定程度的损伤来测试由这些细胞制造的“大脑”，看看它们是否以及何时表现出癫痫样活动。

我们的最终目标是进行一项简单的基因测试，可以确定您是否有可能因轻微头部创伤（例如参加 AFL 橄榄球或其他运动）而患上癫痫症。

这些“大脑”将来还能用来做什么？

我们的生物合成“大脑”还将用于神经系统疾病的个性化建模。

在这里，从患者自身细胞中培育出的“大脑”可以使临床医生更好地了解他们的病情，优化治疗，甚至最终改善他们的预后。<

对于 RMIT 来说，这项工作为生物机电混合设备和系统的设计、开发、制造和翻译开辟了令人兴奋的新途径。

作为开发肌肉萎缩症治疗方法研究的一部分，您的团队开创了一种结合肌肉工程和基因编辑的“特洛伊木马”技术。它是如何工作的？

基本想法是从患有导致肌营养不良症的突变的人身上获取细胞，编辑掉突变，然后将这些细胞放回肌肉中，使其再次发挥作用。跨度>

<跨度style="font-size:11pt">已经出现临床再生细胞疗法的试验，特别是成肌细胞移植疗法，但遗憾的是这些都失败了，因为植入的细胞不能生长和繁殖。

我们方法的不同之处在于，我们不是直接植入细胞，而是将它们保护在由海藻制成的特殊果冻中。这就是“特洛伊木马”——一块含有肌肉细胞的海藻果冻，很容易被身体接受，然后让健康细胞“入侵”患病的肌肉。

我们的技术使活肌肉细胞难以置信地扩散，对小鼠的临床前研究显示，我们最初植入的 10,000 个细胞产生了数百万个细胞核。

3D 打印和生物打印在您团队的工作中发挥什么作用？

在 ACMD，我们很幸运能够获得最先进的生物制造和先进制造技术，包括专为 3D 打印活细胞而设计的专业生物打印机和用于 3D 细胞培养的生物反应器。使用这些技术对我们的合作产生了巨大的影响。

例如，我们在工作中使用一种称为“熔融电写”的 3D 打印工艺来促进血管网络在工程组织中生长。该系统也可用于我们的组织建模结构，因此它们更类似于血管组织。

但有时我们的工作并不是关于最新技术，而是对旧技术提出新的看法。

我们团队的研究人员在骨骼和组织再生工作中颠覆了传统 3D 打印技术，创造出极其复杂的生物医学结构。他们的开箱即用方法使用标准 3D 打印机来构建可以支持细胞再生的微型植入物。

我们最近还发布了制作肌肉的配方，其中详细介绍了设计功能性骨骼肌组织所需的成分、设备和技术。

这是我们多年来在改进生物墨水和生物打印方法以生产可行的 3D 打印骨骼肌结构方面所做的工作的总结。我们希望这项工作最终能够为患有肌肉疾病和创伤的人提供肌肉工程。

您与墨尔本圣文森特医院的临床医生和外科医生有着长期的合作。 ACMD的成立如何加速您团队的研究？

几十年来，随着我们的团队开发了肌肉和神经工程方法，我们始终与临床医生和外科医生密切合作，为现有技术无法满足的旧世界健康问题开发现实解决方案。

我们的工作不仅仅是有趣的想法或理论上的可能性 - 它是为了解决临床医生，也许更重要的是患者每天面临的问题。

我们正在与那些有一天会使用我们的研究的人们直接合作他们的临床实践和外科手术室。他们正在分享自己面临的挑战以及需要如何帮助患者。

这就是我们研究的最终目的——走出去帮助人们。

生物合成大脑、工程肌肉、特洛伊木马……其中一些想法几乎听起来像科幻小说。那么它们什么时候才能真正成为临床现实呢？

确实，我们正在做的事情处于科学前沿。但先进的制造技术已经在改变患者的生活，例如澳大利亚首个本地制造的 3D 打印脊柱植入物。

皇家墨尔本理工大学在该计划上的工作为骨癌患者的下一代植入物设计带来了新方向，这是 ACMD 的一个项目重点。

我们的一些临床更先进的项目可能还需要 5-10 年才能实现临床转化，但我们仍处于 3D 生物打印革命的早期阶段。<

最棒的是，我们的协作临床科学方法意味着我们可以跳过那些在现实生活中永远行不通的不切实际的想法，并专注于最有潜力产生影响的研究。

Rob Kapsa 教授领导皇家墨尔本理工大学生物制造和组织工程 (BiTE) 研究小组。

BiTE 网络旨在将更广泛的生物工程领域的学者和博士生聚集在一起，迈向新的 BiTE 导向领域，该网络得到 RMIT 先进材料、制造和制造以及生物医学健康和技术支持能力平台的支持创新。

ACMD 是澳大利亚第一家以医院为基础的生物医学工程研究中心，合作伙伴包括墨尔本圣文森特医院、皇家墨尔本理工大学、墨尔本大学、澳大利亚天主教大学、斯威本科技大学、澳大利亚卧龙岗大学、仿生学研究所、圣文森特大学圣文森特研究所和澳大利亚眼科研究中心。

 摘自皇家墨尔本理工大学新闻报道： 戈西亚·卡祖布斯卡

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在这个灵活的学位中，您将对细胞的人体解剖学、生理学和病理学有广泛的了解到系统级别。

生物医学是我们理解人类和动物身体如何运作以及身体对各种疾病的反应的基础，运动、饮食、内部干扰和环境影响。

这是一个广泛的科学领域，致力于了解人体以及人体如何与疾病相互作用——疾病如何发生、发生什么以及我们如何控制、治疗和预防疾病。生物医学科学涉及对解剖学、人体生理学以及生物化学的理解。

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