《自然生物科技》雜志近日介紹了一種生物打印機(jī)，并證明通過3D打印出來的耳朵組織(右圖)，被移植到小鼠體內(nèi)后能像正常組織一樣存活并生長。這是有史以來第一次3D打印技術(shù)被證實(shí)有望替代人體器官。3D打印技術(shù)面世三十年來，與人們的生活越來越緊密。每年有數(shù)以萬計(jì)的病患在等待合適的器官移植，設(shè)想一下，如果能夠根據(jù)需要“打印”人體器官，病人就可以免去漫長的等待時(shí)間。
　　
　　用細(xì)胞當(dāng)“墨水”的生物打印機(jī)
　　
　　雖然“3D打印”不再像剛出現(xiàn)時(shí)那么吸引眼球，但這個(gè)新興領(lǐng)域時(shí)常有好消息傳來。2014年，人們“打印”出軟骨組織；2015年，又成功“打印”出供醫(yī)學(xué)研究用的腎臟組織。然而，囿于規(guī)模、結(jié)構(gòu)和細(xì)胞存活時(shí)間方面的限制，大部分打印產(chǎn)物只存在于實(shí)驗(yàn)室中，不能真正作為可用的器官進(jìn)行移植。
　　
　　不過幾天前，美國維克森林大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《自然生物科技》雜志上發(fā)表論文稱，他們把通過3D打印出的“耳朵”移植到小鼠體內(nèi)，兩個(gè)月后，植入的耳朵保持了形狀，而且還生成了適當(dāng)?shù)能浌墙M織。也就是說，這些從打印機(jī)里誕生的組織能夠在生物體內(nèi)正常存活并生長。
　　
　　進(jìn)一步設(shè)想，如果這項(xiàng)技術(shù)能用在人體上，那醫(yī)生就能直接用病人自己的細(xì)胞，打印出替代性的人體組織或器官，這將是再生學(xué)領(lǐng)域的一大跳躍進(jìn)步。
　　
　　這種“生物打印機(jī)”工作原理跟普通3D打印機(jī)一樣，也是根據(jù)模型圖紙一層層“堆”出設(shè)計(jì)好的形狀，但由于細(xì)胞不像塑料那么穩(wěn)固，如果僅僅是堆起來而不加約束，細(xì)胞很容易散開。因此在生物打印過程中，整個(gè)結(jié)構(gòu)會(huì)被加上一層臨時(shí)的聚己內(nèi)酯化合物，它可以發(fā)揮支架的作用，確保移植中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。一旦移植完成，這層材料會(huì)逐漸降解且不產(chǎn)生毒性。同時(shí)，細(xì)胞會(huì)分泌出一種支持性的基質(zhì)，維護(hù)植入物的形狀。最終，細(xì)胞自行重組，不再需要支持性材料。
　　
　　專家解惑
　　
　　打印3D器官誤差風(fēng)險(xiǎn)依然存在
　　
　　北京工業(yè)大學(xué)激光工程學(xué)院陳繼民教授表示，目前的醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用到3D打印技術(shù)的僅僅是“皮毛”。“除了用于術(shù)前指導(dǎo)，比較常見的還有在骨折治療中訂制個(gè)性化鋼板。但這并不能起到避免排異的效果，只能讓鋼板形狀更匹配，更便于固定。人體組織、器官的3D打印技術(shù)應(yīng)用，還在基礎(chǔ)研究階段。”
　　
　　陳繼民指出，3D打印器官，就算細(xì)胞外面用聚己內(nèi)酯化合物裹起來做支撐固定，但還是無法保證將3D打印器官放置人體后，它能長時(shí)間緊緊黏合在一起。再加上，人體真正的器官是非常復(fù)雜的，打印出來的細(xì)胞盡管能夠融合在一起，但并不意味著它們就能發(fā)揮功效。
　　
　　此外，陳教授提醒說，目前還沒有哪一種軟件強(qiáng)大到可以建立非常詳細(xì)的器官模型，以供研究人員打印3D器官前做參考，這其中的誤差和風(fēng)險(xiǎn)也是需要考慮的。
　　
　　人體系統(tǒng)很復(fù)雜3D器官有局限
　　
　　人體器官打印面臨的另一個(gè)問題是，如何在這些組織的內(nèi)部設(shè)計(jì)“空腔”—聚己內(nèi)酯固然可以使得細(xì)胞有序地堆疊在一起，但如果沒有內(nèi)部的空腔，這些細(xì)胞便活不了多久。
　　
　　在正常組織中，血管會(huì)交織在器官內(nèi)部輸送養(yǎng)分，可許多打印出來的組織缺乏血管，移植后難以長期存活，自然不能撐到與移植受體“融為一體”。因此，給3D打印的組織留出供血管穿過的空間是極為重要的。
　　
　　美國維克森林大學(xué)的團(tuán)隊(duì)則利用水凝膠解決了這一問題，設(shè)置了可供血管伸展和發(fā)育的“空腔”。
　　
　　即使如此，中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長周功耀對(duì)打印器官仍持謹(jǐn)慎態(tài)度。他告訴記者，3D打印的部分器官在已知科學(xué)范疇內(nèi)沒有問題，但生物技術(shù)領(lǐng)域還有很多人類沒能掌握、沒有探究到的信息。即使人工器官在體外功能正常，一旦植入體內(nèi)，是否能運(yùn)作、是否產(chǎn)生毒素，以及有哪些副作用目前都不得而知。
　　
　　“人體系統(tǒng)非常復(fù)雜，萬不得已，不能用有限技術(shù)制成的器官去對(duì)接無限復(fù)雜的人體系統(tǒng)。生命是第一大事，這也是3D生物打印發(fā)展的第一大困難。目前3D打印耳朵、膀胱和心臟等都只存在實(shí)驗(yàn)室里，在植入人體前還要做大量實(shí)驗(yàn)、積累并分析大量數(shù)據(jù)，繼續(xù)不斷改進(jìn)，要做的事情還有很多。”
　　
　　3D打印之父PK醫(yī)學(xué)專家
　　
　　3D打印器官是高端消費(fèi)？
　　
　　到目前為止，在3D打印器面，出現(xiàn)了很多“半成功”案例，它們大多數(shù)無法正常工作，或者僅僅只能存活幾天時(shí)間。
　　
　　比如，美國生物科技公司Organovo曾打印出一種能夠正常使用的微型人體肝臟，但它僅僅存活了40天時(shí)間。路易斯維爾大學(xué)研究人員也在去年4月打印出了心臟瓣膜和小靜脈，他們希望在未來能夠使用病人的細(xì)胞打印出一顆可以正常跳動(dòng)的心臟。
　　
　　對(duì)于3D生物打印的前景，中國工程院院士、被譽(yù)為中國“3D打印之父”的盧秉恒認(rèn)為，預(yù)計(jì)5～10年內(nèi)，我國即可使用3D技術(shù)打印包括臟器在內(nèi)的人體活體器官。
　　
　　盧秉恒介紹道，在醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印目前已能夠定制骨骼，方便醫(yī)生在手術(shù)前反復(fù)練手。此外，還有醫(yī)生將3D打印應(yīng)用于癌癥的靶向治療，打印癌癥病變部位后反復(fù)模擬，最終使用穿刺技術(shù)將藥物精準(zhǔn)送達(dá)病灶。也許在未來，用臺(tái)式掃描儀評(píng)估病人傷口后，就可以直接在病人傷口處打印人體組織。
　　
　　至于3D生物打印的費(fèi)用，北京解放軍總醫(yī)院骨科研究所副主任彭江表示，如果二三十年后，3D打印器官的技術(shù)能真正成熟，它也一定是高端消費(fèi)。“因?yàn)檎麄€(gè)研發(fā)、細(xì)胞培養(yǎng)等一系列的成本非常高，當(dāng)然等到實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)時(shí)，成本會(huì)有所降低，但前期投入不可忽視。”彭江說。(來源：東南商報(bào))