大神指路!三院院士,H指数274,Robert Langer专访:增材制造该如何发展?

大神指路!三院院士,H指数274,Robert Langer专访:增材制造该如何发展?

Robert S. Langer,他是MIT仅有的13个学院教授之一,最年轻的美国科学院、工程院、和医学院三院院士。他发表了1500篇文章,h因子274,总引用超过310,000次。他得了220个大奖,既有美国科学奖章,又有美国技术奖章,是世上仅有的两奖兼得的四人之一,还曾获得伊丽莎白女皇奖。他拥有1100个专利,创立了几十家成功企业,技术卖给了300多家医药公司,提升了20亿人生活品质。他的研究涵盖了生物技术的许多领域,包括组织工程,药物输送,生物制造和医疗设备的开发。Mark Tibbitt是苏黎世联邦理工学院大分子工程的助理教授。他的研究重点是将聚合物工程、合成化学、机械和生物工程相结合,以进行生物制造,药物输送和机械生物学应用。最近,Robert S. Langer接受了来着Mark Tibbitt的问答,相关内容刊登在《自然·通讯》上。

大神指路!三院院士,H指数274,Robert Langer专访:增材制造该如何发展?

1. 请简单介绍一下你自己,以及是什么激发了你对增材制造的兴趣?

Robert Langer:我认为我在MIT的实验室在组织工程和药物释放,这两个关键核心领域,做了开创性的工作。我们一直在寻找新兴技术,如增材制造,以便能发展他们,并加快我们对人类健康的影响。我们对于增材制造的兴趣,是在制备个性化植入体,标准化疾病模型的微组织和药物研发,以及开发控制释放技术的背景下产生的。这些工作建立在我们在该领域建立的范例的基础上,并利用了增材制造技术所提供的新的加工,设计和制造方案。

2. 增材制造如何改变了你所在的研究领域?增材制造技术使什么成为可能?告诉我们它是怎样影响你的研究工作的。

Robert Langer:增材制造是一项革命性的技术,它为许多领域的研究人员提供了更便捷的手段来设计他们所生产的材料的形式和功能。当增材制造从原型技术过渡到生产手段时,我们已经见证了它对设计和开发商品所施加的影响。在生物医学领域,增材制造技术在组织工程和药物释放方面展现了特定的优势,相较于传统加工方法,它能够制造出复杂结构和详细的几何图形。此外,增材制造利用数字设计来进行高精度制造,能够制备基于医学影像的个性化植入体。

增材制造对我研究工作的影响,用最近的例子可以说明,我们证明了先进立体光刻技术(增材制造技术中的一种)使复杂的血管化组织构造成为可能。人类尺度结构的血管化仍然是组织工程领域的一个主要挑战,增材制造可能是解决这一挑战的一个解决方案。

在我们的实验室,增材制造已经被用于设计多材料结构,以帮助外科医生设计更好的气管支架。我们还利用生物打印来制备可复制的3D组织模型,用以研究疾病过程和进行体外药物测试。这包括与哈佛医学院的Elena Aikawa合作设计微型心脏瓣膜模型,以研究钙化性瓣膜疾病。我们还将该技术应用于药物递送和医疗设备设计之中,Yong Kong和Giovanni Traverso使用了增材制造工艺来设计胃部驻留设备。

3. 增材制造如何才能被更广泛地采用?是否有任何必须克服的具体障碍?

Robert Langer:虽然增材制造技术已经提高了我们设计复杂而精确的生物材料的能力,但一些未解决的问题阻碍了其被广泛采用和临床应用。通常,增材制造工艺在生产规模和速度以及最终零件的分辨率和复杂性方面受到限制。像Carbon公司商业化的连续液界制造技术、体积增材制造和多材料印刷技术提高了增材制造制备产品的速度,分辨率和复杂性。然而,需要进一步的发展增材制造技术以实现具有高度复杂性的多细胞组织构建和快速生产个性化植入物以及个性化药品的设计。

当前的另一个挑战是适用于增材制造工艺的生物材料的范围。生物材料领域取得了长足的进步,存在许多FDA批准的用于医疗器械设计的材料。其中许多适用于增材制造工艺,但并非全部。我们将需要继续与工程师,材料科学家和临床医生紧密合作,以开发与增材制造工艺整合在一起的下一代生物相容性材料。

在生物医学方面,增材制造工艺被广泛采用的另一个挑战是监管批准。包括FDA在内的监管机构已经为如何在监管过程中考虑增材制造提供了指南,并且已经批准了某些产品。但是,对于由增材制造工艺制备的生物医学产品的临床生产将如何进行操作以及是否需要像标准医疗器械制造中那样集中生产,或者是否允许各个护理中心或药房进行分散生产,仍存在不确定性。

4. 展望未来:您认为增材制造的下一步发展方向是什么?

Robert Langer:我们认为,增材制造将在受益于数字设计,快速生产和个性化制造的生物医学工程领域产生最大的影响。将来,这可能包括设计复杂的组织结构,即在单个细胞水平上具有空间分辨率,同时包含血管化和神经分布。基于医学影像的数字设计和制造可能会推动专门针对特定患者或患者亚群构建的精密生物材料的范式。最后,增材制造的新兴用途是个性化药物递送系统的设计,未来的药物开发可能会将控释技术与增材制造相结合,以进一步实现个性化药物递送。

5. 对您来说,增材制造和3D打印之间有区别吗? 如果它们不等同,它们有何不同?

Robert Langer:这些术语的定义不是很精确,但是一种观点认为3D打印描述了通过连续的逐层形成来构建3D结构的过程,例如将许多打印物堆叠到3D对象中。相对于传统的减材制造,增材制造是一个更全面的术语,它描述了可用于通过添加,组合或连接材料成分(包括逐层以外的材料)来制造3D结构的所有过程。这两个术语都描述了生成3D对象的方法,并且在实践中,它们经常成为同义词。

全文链接:

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17724-1

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