從用於預測癲癇的生物合成大腦到用於再生肌肉和骨骼的微型3D 打印植入物，這項研究處於醫學上可能的最邊緣。

但正是這些想法背後的團隊——工程師、機器人專家和生物學家與頂級外科醫生和臨床醫生合作——實現了夢想與交付之間的區別。

Rob Kapsa 教授是皇家墨爾本理工大學艾肯黑德醫學發現中心的首席研究員，他領導著一個使用ACMD 專門建造的生物製造實驗室的研究小組。<

ACMD 總部位於墨爾本聖文森特醫院，將研究人員和臨床醫生聚集在一起，為我們面臨的一些最大的生物醫學挑戰尋找解決方案。

由於認識到該中心的重要作用，維多利亞州政府批准建造耗資2.06 億美元的專用設施，以支持其持續發展。

首先，什麼是生物製造以及它如何改變醫療？

從根本上講，這是為了製造完全融入我們身體的東西，以治愈、修復和恢復功能。

與傳統植入物不同，生物製造結構和設備實際上可以接近模仿活體人體組織的驚人復雜性。

生物製造結合了材料工程、生物科學、增材製造、納米技術和生物醫學健康技術。

它為製造修復、替換和再生從骨骼和肌肉到大腦、關節和結締組織的任何結構提供了巨大的機會。

例如，研究人員正在研究新的生物製造技術來修復老年人日益惡化的骨骼，為糖尿病患者開發定制的自我調節人工胰腺，並為創傷患者構建替代肌肉。

告訴我們您正在製造的生物合成“大腦”。

當您試圖了解大腦是如何工作的，以及如何在出現問題時修復它時，觀察二維幻燈片上的細胞只能幫到您這麼多。 Kapsa 教授表示，因此我們使用 3D 生物打印技術在三個維度上進行構建。

我們製造的“大腦”很小，大約3毫米乘3毫米，但那裡有足夠的功能大腦可供研究和分析（而且，人類大腦皮層只有3毫米厚）。< /跨度>

我們的小腦塊是由皮膚細胞製成的，我們將其重新編程為可以產生神經元的干細胞。 “大腦”塊懸浮在 3D 膠原蛋白基質中，並放置在電極陣列上。

使用電刺激或添加神經化學物質，我們可以讓神經元放電。電極陣列記錄該活動（模仿神經系統的放電），讓我們深入了解正在發生的事情。

從本質上講，這些是個性化的合成大腦結構，非常適合致力於理解和治療神經系統疾病的科學家。

這些“大腦”如何幫助我們研究癲癇？

百分之一的人患有癲癇症，但我們知道，其中大約一半的人在年輕時大腦受到一些損傷後，會在以後的生活中患上這種疾病。

我們認為這可能是因為有些人有遺傳傾向，但目前我們無法預測誰可能因頭部受傷而面臨患癲癇的風險。

在這項研究中，我們與默多克兒童研究所的神經科醫生以及墨爾本聖文森特醫院的神經科醫生合作，他們發現了導致癲癇的基因突變。 < /跨度>

我們從具有這種基因突變的人身上提取皮膚細胞，去除突變，並從這些基因編輯的細胞中培育出生物合成的“大腦”。為了進行比較，我們還用未經編輯的“癲癇陽性”細胞製作了大腦。

然後，我們通過誘導一定程度的損傷來測試由這些細胞製造的“大腦”，看看它們是否以及何時表現出癲癇樣活動。

我們的最終目標是進行一項簡單的基因測試，可以確定您是否有可能因輕微頭部創傷（例如參加AFL 橄欖球或其他運動）而患上癲癇症。

這些“大腦”將來還能用來做什麼？

我們的生物合成“大腦”還將用於神經系統疾病的個性化建模。

在這裡，從患者自身細胞中培育出的“大腦”可以使臨床醫生更好地了解他們的病情，優化治療，甚至最終改善他們的預後。< <

對於RMIT 來說，這項工作為生物機電混合設備和系統的設計、開發、製造和翻譯開闢了令人興奮的新途徑。

作為開發肌肉萎縮症治療方法研究的一部分，您的團隊開創了一種結合肌肉工程和基因編輯的“特洛伊木馬”技術。它是如何工作的？

基本想法是從患有導致肌營養不良症的突變的人身上獲取細胞，編輯掉突變，然後將這些細胞放回肌肉中，使其再次發揮作用。跨度>

<跨度style="font-size:11pt">已經出現臨床再生細胞療法的試驗，特別是成肌細胞移植療法，但遺憾的是這些都失敗了，因為植入的細胞不能生長和繁殖。

我們方法的不同之處在於，我們不是直接植入細胞，而是將它們保護在由海藻製成的特殊果凍中。這就是“特洛伊木馬”——一塊含有肌肉細胞的海藻果凍，很容易被身體接受，然後讓健康細胞“入侵”患病的肌肉。

我們的技術使活肌肉細胞難以置信地擴散，對小鼠的臨床前研究顯示，我們最初植入的10,000 個細胞產生了數百萬個細胞核。

3D 打印和生物打印在您團隊的工作中發揮什麼作用？

在ACMD，我們很幸運能夠獲得最先進的生物製造和先進製造技術，包括專為3D 打印活細胞而設計的專業生物打印機和用於3D 細胞培養的生物反應器。使用這些技術對我們的合作產生了巨大的影響。

例如，我們在工作中使用一種稱為“熔融電寫”的3D 打印工藝來促進血管網絡在工程組織中生長。該系統也可用於我們的組織建模結構，因此它們更類似於血管組織。

但有時我們的工作並不是關於最新技術，而是對舊技術提出新的看法。

我們團隊的研究人員在骨骼和組織再生工作中顛覆了傳統3D 打印技術，創造出極其複雜的生物醫學結構。他們的開箱即用方法使用標準 3D 打印機來構建可以支持細胞再生的微型植入物。

我們最近還發布了製作肌肉的配方，其中詳細介紹了設計功能性骨骼肌組織所需的成分、設備和技術。

這是我們多年來在改進生物墨水和生物打印方法以生產可行的3D 打印骨骼肌結構方面所做的工作的總結。我們希望這項工作最終能夠為患有肌肉疾病和創傷的人提供肌肉工程。

您與墨爾本聖文森特醫院的臨床醫生和外科醫生有著長期的合作。 ACMD的成立如何加速您團隊的研究？

幾十年來，隨著我們的團隊開發了肌肉和神經工程方法，我們始終與臨床醫生和外科醫生密切合作，為現有技術無法滿足的舊世界健康問題開發現實解決方案。<

我們的工作不僅僅是有趣的想法或理論上的可能性- 它是為了解決臨床醫生，也許更重要的是患者每天面臨的問題。

我們正在與那些有一天會使用我們的研究的人們直接合作他們的臨床實踐和外科手術室。他們正在分享自己面臨的挑戰以及需要如何幫助患者。

這就是我們研究的最終目的——走出去幫助人們。

生物合成大腦、工程肌肉、特洛伊木馬……其中一些想法幾乎聽起來像科幻小說。那麼它們什麼時候才能真正成為臨床現實呢？

確實，我們正在做的事情處於科學前沿。但先進的製造技術已經在改變患者的生活，例如澳大利亞首個本地製造的 3D 打印脊柱植入物。

皇家墨爾本理工大學在該計劃上的工作為骨癌患者的下一代植入物設計帶來了新方向，這是ACMD 的一個項目重點。

我們的一些臨床更先進的項目可能還需要5-10 年才能實現臨床轉化，但我們仍處於3D 生物打印革命的早期階段。<

最棒的是，我們的協作臨床科學方法意味著我們可以跳過那些在現實生活中永遠行不通的不切實際的想法，並專注於最有潛力產生影響的研究。

Rob Kapsa 教授領導皇家墨爾本理工大學生物製造和組織工程(BiTE) 研究小組。

BiTE 網絡旨在將更廣泛的生物工程領域的學者和博士生聚集到一起，邁向新的BiTE 導向領域，該網絡得到RMIT 先進材料、製造和製造以及生物醫學健康和技術支持能力平台的支持創新。

ACMD 是澳大利亞第一家以醫院為基礎的生物醫學工程研究中心，合作夥伴包括墨爾本聖文森特醫院、皇家墨爾本理工大學、墨爾本大學、澳大利亞天主教大學、斯威本科技大學、澳大利亞臥龍崗大學、仿生學研究所、聖文森特大學聖文森特研究所和澳大利亞眼科研究中心。

 摘自皇家墨爾本理工大學新聞報導： 戈西亞·卡祖布斯卡

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生物醫學是我們理解人類和動物身體如何運作以及身體對各種疾病的反應的基礎，運動、飲食、內部干擾和環境影響。

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