Robert S. Langer，他是MIT僅有的13個(gè)學(xué)院教授之一，最年輕的美國(guó)科學(xué)院、工程院、和醫(yī)學(xué)院三院院士。他發(fā)表了1500篇文章，h因子274，總引用超過(guò)310,000次。他得了220個(gè)大獎(jiǎng)，既有美國(guó)科學(xué)獎(jiǎng)?wù)?，又有美?guó)技術(shù)獎(jiǎng)?wù)?，是世上僅有的兩獎(jiǎng)兼得的四人之一，還曾獲得伊麗莎白女皇獎(jiǎng)。他擁有1100個(gè)專利，創(chuàng)立了幾十家成功企業(yè)，技術(shù)賣(mài)給了300多家醫(yī)藥公司，提升了20億人生活品質(zhì)。他的研究涵蓋了生物技術(shù)的許多領(lǐng)域，包括組織工程，藥物輸送，生物制造和醫(yī)療設(shè)備的開(kāi)發(fā)。Mark Tibbitt是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院大分子工程的助理教授。他的研究重點(diǎn)是將聚合物工程、合成化學(xué)、機(jī)械和生物工程相結(jié)合，以進(jìn)行生物制造，藥物輸送和機(jī)械生物學(xué)應(yīng)用。最近，Robert S. Langer接受了來(lái)著Mark Tibbitt的問(wèn)答，相關(guān)內(nèi)容刊登在《自然·通訊》上。
1.?請(qǐng)簡(jiǎn)單介紹一下你自己，以及是什么激發(fā)了你對(duì)增材制造的興趣?
Robert Langer：我認(rèn)為我在MIT的實(shí)驗(yàn)室在組織工程和藥物釋放，這兩個(gè)關(guān)鍵核心領(lǐng)域，做了開(kāi)創(chuàng)性的工作。我們一直在尋找新興技術(shù)，如增材制造，以便能發(fā)展他們，并加快我們對(duì)人類健康的影響。我們對(duì)于增材制造的興趣，是在制備個(gè)性化植入體，標(biāo)準(zhǔn)化疾病模型的微組織和藥物研發(fā)，以及開(kāi)發(fā)控制釋放技術(shù)的背景下產(chǎn)生的。這些工作建立在我們?cè)谠擃I(lǐng)域建立的范例的基礎(chǔ)上，并利用了增材制造技術(shù)所提供的新的加工，設(shè)計(jì)和制造方案。
2.?增材制造如何改變了你所在的研究領(lǐng)域？增材制造技術(shù)使什么成為可能？告訴我們它是怎樣影響你的研究工作的。
Robert Langer：增材制造是一項(xiàng)革命性的技術(shù)，它為許多領(lǐng)域的研究人員提供了更便捷的手段來(lái)設(shè)計(jì)他們所生產(chǎn)的材料的形式和功能。當(dāng)增材制造從原型技術(shù)過(guò)渡到生產(chǎn)手段時(shí)，我們已經(jīng)見(jiàn)證了它對(duì)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)商品所施加的影響。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，增材制造技術(shù)在組織工程和藥物釋放方面展現(xiàn)了特定的優(yōu)勢(shì)，相較于傳統(tǒng)加工方法，它能夠制造出復(fù)雜結(jié)構(gòu)和詳細(xì)的幾何圖形。此外，增材制造利用數(shù)字設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行高精度制造，能夠制備基于醫(yī)學(xué)影像的個(gè)性化植入體。
增材制造對(duì)我研究工作的影響，用最近的例子可以說(shuō)明，我們證明了先進(jìn)立體光刻技術(shù)（增材制造技術(shù)中的一種）使復(fù)雜的血管化組織構(gòu)造成為可能。人類尺度結(jié)構(gòu)的血管化仍然是組織工程領(lǐng)域的一個(gè)主要挑戰(zhàn)，增材制造可能是解決這一挑戰(zhàn)的一個(gè)解決方案。
在我們的實(shí)驗(yàn)室，增材制造已經(jīng)被用于設(shè)計(jì)多材料結(jié)構(gòu)，以幫助外科醫(yī)生設(shè)計(jì)更好的氣管支架。我們還利用生物打印來(lái)制備可復(fù)制的3D組織模型，用以研究疾病過(guò)程和進(jìn)行體外藥物測(cè)試。這包括與哈佛醫(yī)學(xué)院的Elena Aikawa合作設(shè)計(jì)微型心臟瓣膜模型，以研究鈣化性瓣膜疾病。我們還將該技術(shù)應(yīng)用于藥物遞送和醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)之中，Yong Kong和Giovanni Traverso使用了增材制造工藝來(lái)設(shè)計(jì)胃部駐留設(shè)備。
3.?增材制造如何才能被更廣泛地采用？是否有任何必須克服的具體障礙？
Robert Langer：雖然增材制造技術(shù)已經(jīng)提高了我們?cè)O(shè)計(jì)復(fù)雜而精確的生物材料的能力，但一些未解決的問(wèn)題阻礙了其被廣泛采用和臨床應(yīng)用。通常，增材制造工藝在生產(chǎn)規(guī)模和速度以及最終零件的分辨率和復(fù)雜性方面受到限制。像Carbon公司商業(yè)化的連續(xù)液界制造技術(shù)、體積增材制造和多材料印刷技術(shù)提高了增材制造制備產(chǎn)品的速度，分辨率和復(fù)雜性。然而，需要進(jìn)一步的發(fā)展增材制造技術(shù)以實(shí)現(xiàn)具有高度復(fù)雜性的多細(xì)胞組織構(gòu)建和快速生產(chǎn)個(gè)性化植入物以及個(gè)性化藥品的設(shè)計(jì)。
當(dāng)前的另一個(gè)挑戰(zhàn)是適用于增材制造工藝的生物材料的范圍。生物材料領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，存在許多FDA批準(zhǔn)的用于醫(yī)療器械設(shè)計(jì)的材料。其中許多適用于增材制造工藝，但并非全部。我們將需要繼續(xù)與工程師，材料科學(xué)家和臨床醫(yī)生緊密合作，以開(kāi)發(fā)與增材制造工藝整合在一起的下一代生物相容性材料。
在生物醫(yī)學(xué)方面，增材制造工藝被廣泛采用的另一個(gè)挑戰(zhàn)是監(jiān)管批準(zhǔn)。包括FDA在內(nèi)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)為如何在監(jiān)管過(guò)程中考慮增材制造提供了指南，并且已經(jīng)批準(zhǔn)了某些產(chǎn)品。但是，對(duì)于由增材制造工藝制備的生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品的臨床生產(chǎn)將如何進(jìn)行操作以及是否需要像標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療器械制造中那樣集中生產(chǎn)，或者是否允許各個(gè)護(hù)理中心或藥房進(jìn)行分散生產(chǎn)，仍存在不確定性。
4.?展望未來(lái)：您認(rèn)為增材制造的下一步發(fā)展方向是什么？
Robert Langer：我們認(rèn)為，增材制造將在受益于數(shù)字設(shè)計(jì)，快速生產(chǎn)和個(gè)性化制造的生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域產(chǎn)生最大的影響。將來(lái)，這可能包括設(shè)計(jì)復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)，即在單個(gè)細(xì)胞水平上具有空間分辨率，同時(shí)包含血管化和神經(jīng)分布。基于醫(yī)學(xué)影像的數(shù)字設(shè)計(jì)和制造可能會(huì)推動(dòng)專門(mén)針對(duì)特定患者或患者亞群構(gòu)建的精密生物材料的范式。最后，增材制造的新興用途是個(gè)性化藥物遞送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，未來(lái)的藥物開(kāi)發(fā)可能會(huì)將控釋技術(shù)與增材制造相結(jié)合，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)個(gè)性化藥物遞送。
5.?對(duì)您來(lái)說(shuō)，增材制造和3D打印之間有區(qū)別嗎？?如果它們不等同，它們有何不同？
Robert Langer：這些術(shù)語(yǔ)的定義不是很精確，但是一種觀點(diǎn)認(rèn)為3D打印描述了通過(guò)連續(xù)的逐層形成來(lái)構(gòu)建3D結(jié)構(gòu)的過(guò)程，例如將許多打印物堆疊到3D對(duì)象中。相對(duì)于傳統(tǒng)的減材制造，增材制造是一個(gè)更全面的術(shù)語(yǔ)，它描述了可用于通過(guò)添加，組合或連接材料成分（包括逐層以外的材料）來(lái)制造3D結(jié)構(gòu)的所有過(guò)程。這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)都描述了生成3D對(duì)象的方法，并且在實(shí)踐中，它們經(jīng)常成為同義詞。
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