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畅想 4D 打印物的 N 种癌症治疗方案

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日前,有外媒报道,美国国防部拨付 850 万美元资金,支持美国西北大学国际纳米技术研究所进行 4D 打印机的研究与开发;该设备将能够实现纳米尺度下的操作。

伴随着纳米技术与数字化制造在第四维空间研发的深入,4D 打印物体凭借其自组装和形变的能力,将可以进入非常微小的空间进行「工作」。这将引领 4D 打印在生物医疗领域,尤其是癌症治疗方面的应用与发展。

1、4D 打印人体「卫士」


在纳米技术的支持下,4D 打印的非治疗型纳米机器人,将可以担当起人体「卫士」的角色职能,在人体内进行 24 小时无休的巡逻工作。

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人体「卫士」一方面可以及时地对体内,尤其是血管内的残余「垃圾」进行清扫,并随着新陈代谢而排出体外;另一方面,也更为重要的,则是可以及时发现有癌变潜质的细胞,并于第一时间发出预警或直接将其扼杀在「摇篮」里,以保障体内环境的稳定与和谐。

2、4D 打印抗癌药物

鉴于 4D 打印物在一定的介质作用下可以发生自变形,我们可以在抗癌药物研发的过程中,针对性地将不同的癌症病毒设置为触发 4D 打印细胞形变的介质源。当这个 4D 打印细胞在人体内遇到癌症细胞的时候,就会自动触发形变功能,直接将癌症细胞吞噬或释放所携带药物将其进行消灭,并在任务结束后通过自我「分解」随人体代谢排出体外。

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作为癌症治疗的一个重要研究方向,4D 打印抗癌药物甚至可以将癌症治疗的工作做到防患于未燃。

3、4D 打印器官支架

4D 打印物体凭借其自变形的能力,可以在微小空间里发挥无限的潜能。在癌症治疗的过程中,我们可以通过 4D 打印器官或支架对被破坏的细胞与组织体进行替换或修复。

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以生物心脏支架为例,通过 4D 打印而生成的新型生物心脏支架,可以以一种极其微小的形态进入体,然后在体内合适的环境下,展开变形成可以撑开的空心支架。该支架就如同 4D 打印的下水管道一样,可以通过扩大或缩小管道半径来调整容量和流量,甚至还能在受损时自行维修或在「报废」时自行分解。

4、4D 打印人体皮肤

日前,荷兰的科学家已经实现用干细胞作为墨水进行 3D 生物打印人类皮肤,这也顺势开启了 4D 打印人体皮肤的序幕。依托于可编辑材料的自变形特性,充分融合了个体肤质特色的 4D 打印皮肤,在应用于替换癌变或灼伤的人体皮肤过程中,将实现最大程度的契合,这将可以大幅提升癌变或其他皮肤病患者的治愈率。

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5、4D打印活组织植入物

之前,墨尔本的研究人员已经找到一种方法来生成「自己」的软骨,用于治疗癌症和更换损坏的软骨。在此基础上,科学家可以通过可编辑材料,在编辑的过程中融入人体 DNA 链上的基因参数,而在此基础上通过 4D 打印的活组织植入物将可以在最大限度地降低与人体的排斥反应;而且,万一出现不良反应,植入物还可以依据人体内的实际环境状况而进行自变化,以调整最佳方案适用人体。

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6、4D打印医疗器械

癌症治疗即是救人命的过程,但同时也是要人命的过程。因为现代医疗在通过放射性治疗杀死癌细胞的过程中,也杀死了很多对人体有用的健康细胞。在这个治疗过程中,如果能对癌细胞进入隔离,进行更精准的放射区域定位,从而有效地杀死癌细胞而不对人体造成损伤,那对于提升癌症治疗的成功率将是非常有帮助的。

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4D 打印的放射性治疗辅助护具等医疗器械将在这个方面发挥积极的作用。这些 4D 打印的医疗器械可以通过微小的体积进入人体内部,根据人体不同部位的生存环境而产生形变,有效地隔离癌细胞并对健康区域进行保护,让癌症治疗变得「无害」。尤其对于一些重要器官或脆弱区域,如鼻子、眼睛、耳朵等部位的肿瘤治疗,将显得更为重要。

将 4D 打印物体应用于生物医学领域,尤其是普及至人体内应用,无疑是人类健康医疗发展的福音。但是,高兴之余,我们也要冷静地认识到其中的风险亦不可小觑。就比如说,游走在人体内的 4D 打印细胞或纳米机器人,如果监控不到位的话,很容易演变成被坏人利用的生物武器原型。而可编辑材料所具有的自变形特性,让其相较于 3D 打印而言,被犯罪分子利用的风险性也更大。比如针对枪支等违禁物品来说,3D 打印出来的直接是具体实物,相对容易被发现和控制;而 4D 打印物在打印之初,有可能是任何形态,只有在一定的环境和介质作用下,才会「变形」为预先设定的真实面目。可以说,让人防不胜防。

作者简介:陈根,智能穿戴产业专家、智能家居产业专家,科技、财经评论员;著有《可穿戴设备:移动互联网新浪潮》、《智能穿戴改变世界:下一轮商业浪潮》,以及《包装设计及经典案例点评》等设计系列丛书。自媒体微信公众账号:《陈述根本》。

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