世界上第一个由3D打印机开发的高分辨率大脑
未知大陆发表于 2024-04-03浏览量：评论数：
在维也纳MedUni和维也纳工业大学的一个联合项目中，世界上第一个3D打印的“大脑模型”已经开发出来，它以大脑纤维的结构为模型，可以使用磁共振成像 (dMRI) 的特殊变体进行成像。由维也纳医科大学和维也纳工业大学领导的科学团队在一项研究中表明，这些大脑模型可用于推进对阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症等神经退行性疾病的研究。该研究工作发表在《先进材料技术》杂志上。
磁共振成像 ( MRI ) 是一种广泛使用的诊断成像技术，主要用于检查大脑。MRI可用于检查大脑的结构和功能，而无需使用电离辐射。在MRI的一种特殊变体——弥散加权MRI (dMRI) 中，还可以确定大脑中神经纤维的方向。然而，在神经纤维束的交叉点处，由于不同方向的神经纤维重叠，因此很难正确确定神经纤维的方向。为了进一步改进流程和测试分析评估方法，一个国际团队与维也纳医科大学和维也纳工业大学合作开发了一种所谓的“大脑幻影”，它是采用高分辨率3D打印工艺生产的。
带有微通道的小立方体
来自维也纳医科大学（作为MRI专家）和维也纳工业大学（作为3D打印专家）的研究人员与苏黎世大学和汉堡-埃彭多夫大学医学中心的同事密切合作。早在 2017 年，维也纳工业大学就开发出了一款双光子聚合打印机，可实现大规模打印。在此过程中，还与维也纳医科大学和苏黎世大学一起开展了脑模型应用的工作。由此产生的专利构成了大脑模型的基础，该模型现已开发出来，并由维也纳工业大学的研究和转移支持团队负责监督。
从视觉上看，这个幻影与真实的大脑没有太大关系。它要小得多，呈立方体形状。它的内部有非常细小的充满水的微通道，其大小相当于单个脑神经。这些通道的直径比人类头发细五倍。为了模仿大脑中神经细胞的精细网络，由第一作者Michael Woletz（维也纳医科大学医学物理和生物医学工程中心）和Franziska Chalupa-Gantner（维也纳工业大学3D打印和生物制造研究小组）领导的研究小组）使用了一种相当不寻常的3D打印方法：双光子聚合。这种高分辨率方法主要用于打印纳米和微米范围内的微观结构，而不是用于打印立方毫米范围内的三维结构。为了创建适合dMRI尺寸的模型，维也纳工业大学的研究人员一直致力于扩大3D打印过程，并能够打印具有高分辨率细节的更大物体。高度缩放的3D打印为研究人员提供了非常好的模型，当在dMRI下观察时，可以分配各种神经结构。 Michael Woletz 将这种提高dMRI诊断能力的方法与手机摄像头的工作方式进行了比较：“我们看到手机摄像头摄影的最大进步不一定在于新的、更好的镜头，而是在于改进捕获图像的软件。情况与dMRI类似：利用新开发的大脑模型，我们可以更精确地调整分析软件，从而提高测量数据的质量，更准确地重建大脑的神经结构。”
大脑幻影列车分析软件
因此，大脑中特征神经结构的真实再现对于“训练”dMRI 分析软件非常重要。 3D打印的使用使得创建可修改和定制的多样化且复杂的设计成为可能。因此，大脑模型描绘了大脑中产生特别复杂信号并因此难以分析的区域，例如交叉的神经通路。为了校准分析软件，使用dMRI检查大脑模型，并像在真实大脑中一样分析测量数据。借助3D打印，可以精确了解模型的设计，并且可以检查分析结果。维也纳医科大学和维也纳工业大学证明这是联合研究工作的一部分。开发的模型可用于改进 dMRI，这有利于阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症等神经退行性疾病的手术和研究规划。
尽管已经进行了概念验证，但该团队仍然面临挑战。目前最大的挑战是扩大该方法的规模：“双光子聚合的高分辨率使得打印微米和纳米范围的细节成为可能，因此非常适合脑神经成像。然而，与此同时，使用这种技术打印几个立方厘米大小的立方体需要相应较长的时间，”Chalupa-Gantner 解释道。 “因此，我们不仅致力于开发更复杂的设计，而且还进一步优化打印过程本身。”
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