密蘇里大學工程學院的研究人員成功地利用3D打印技術制作了人腦的人工模型。這項突破有望徹底改變科學家研究神經系統(tǒng)疾病、培訓醫(yī)療專業(yè)人員以及開發(fā)個性化治療工具的方式。

目前該模型的大小約為真實人腦的15%，但研究團隊計劃在一年內制作出全尺寸版本。這款3D打印大腦模型的獨特之處在于，它不僅忠實地模擬了真實腦組織的外觀，還模擬了其力學結構和電磁特性。

這個3D打印的大腦模型只有真實人腦大小的15%。

什么是腦鬼影？

在研究中，“模型”指的是一種測試樣本或模型，其設計目的是復制真實生物組織的材料特性和成像特征。這種腦部模型使研究人員能夠分析大腦對機械力和電磁波的反應。它提供的數據是計算機模擬無法提供的。

一種新方法：集成式3D打印

大多數軟組織模型采用的方法會導致其內部結構均勻，無法體現真實腦組織的異質性。為了克服這一局限性，密蘇里大學的研究團隊采用了一種名為“集成3D打印”的技術。

該模型并非在空氣中打印，而是在凝膠狀支撐介質的槽內打印。這種支撐介質賦予打印件必要的結構穩(wěn)定性，從而能夠再現大腦不同區(qū)域的剛度差異，以及其靈活的褶皺和溝槽。

集成式3D打印技術可以制造出剛度可變的模型。

一種模擬腦組織的定制墨水

這項研究的主要創(chuàng)新之一在于開發(fā)了一種定制墨水：一種經過改良的普通聚合物，研究人員可以對其進行精確調整，以重現腦組織的機械、熱學和介電特性。

通過調整墨水的化學成分，該團隊可以打印出類似于灰質或白質的區(qū)域：

大腦和脊髓中含有灰質。它支持思維、運動和記憶，并在信息處理、行為控制和情緒管理中發(fā)揮關鍵作用。

白質傳導、處理和傳遞脊髓內的神經信號，并解釋來自身體的感覺信息。

機械與航空航天工程講師、該研究的合著者克里斯托弗·奧布萊恩解釋說：“人體組織極其復雜，由不同性質的材料組成。我們的3D打印方法使我們能夠以以前無法實現的方式重現這種復雜性?！?/span>

應用領域：從醫(yī)學培訓到神經學研究

3D打印的大腦模型在醫(yī)學和研究領域具有廣泛的潛在應用：

醫(yī)學培訓：醫(yī)生和醫(yī)學生可以使用逼真的3D打印大腦模型進行訓練，從而在接觸病人之前安全地反復練習。

個性化治療方案：根據個人MRI或CT掃描生成的定制大腦模型可以幫助醫(yī)生制定和調整治療策略。

醫(yī)療器械測試：模型可用于研究植入物或常見電子設備如何與腦組織相互作用。

神經系統(tǒng)疾病研究：這些幽靈可以幫助科學家研究阿爾茨海默病、腦動脈瘤和頭部損傷等病理的進展。

Mujtaba Rafique Ghoto（左）和Christopher O'Bryan正在準備3D打印過程中使用的計算機模型。

該研究的首席研究員、博士生穆杰塔巴·拉菲克·戈托強調了該項目的更廣泛意義：“它旨在為醫(yī)學和科學界提供一種既實用又個性化的工具。它在改善健康和安全方面具有巨大的潛力。”

編譯整理：3dnatives