打印一個骨盆，打印一個腎臟

呂洛衿

2012年，美國俄亥俄州，剛出生不久的小男孩凱巴患上了極其罕見的先天性支氣管軟化癥，氣管自行塌陷，無法自主呼吸，必須依賴氣管插管生活。密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院的醫(yī)生和研究人員一再商討之后，搬出了救命的儀器：3D打印機。他們根據(jù)CT的3D成像，使用3D打印機用生物塑料材料打印了近百個氣管支架。在得到美國食品藥品管理局（FDA）的緊急批準之后，給小凱巴移植了這個3D打印機打印出來的氣管支架。術(shù)后，小凱巴開始了自主呼吸，7天后撤離呼吸機。數(shù)周后，小凱巴出院，再也沒有出現(xiàn)過窒息危險。這個氣管支架用可以降解的材料做成，3年后即會被身體自行吸收，到那時，他的氣管也會發(fā)育成熟，不再需要支架了。

這是世界第一例用3D技術(shù)打印的氣管用于臨床。

科幻小說

聽起來像是科幻小說。但是，想象一下，如果有一天，我們可以用打印機打印出肝臟、腎臟甚至心臟，是不是更像科幻小說呢？

也許用不了幾年，這就會成為現(xiàn)實。

在這個領(lǐng)域，歐美當仁不讓，領(lǐng)先全球。2011年，北卡羅來納州的Wake Forest再生醫(yī)學(xué)研究所的Anthony Atala博士，在TED演講中展示了他們使用3D打印機打印出來的人體腎臟。他們將培養(yǎng)出來的腎臟細胞作為打印材料，一層層將細胞打印在提前做好的虛擬模型上。第一層是細胞，第二層是水凝膠，用來黏合固定細胞。然后一層層重復(fù)，直到整個腎臟打印出來。等到細胞存活了，水凝膠被降解，留下來的就只有細胞。這樣，細胞就形成一個完整的器官結(jié)架。這個初期的腎臟再被移到培養(yǎng)器中，提供養(yǎng)分，促進生長。Atala博士的實驗室已經(jīng)觀察到這個初期腎臟模型產(chǎn)生了尿樣物質(zhì)，表示已經(jīng)有了部分腎臟功能。

2013年，瑞典的科研人員成功地利用3D打印技術(shù)打印出人工皮瓣，并且成功地生長出血管。更驚人的是，他們第一次成功利用3D打印生成了淋巴管。這個皮瓣在大鼠身上成功植皮。這個突破性的進展解決了人工皮瓣缺乏淋巴管無法存活的問題。如果加上干細胞技術(shù)，不久的將來也許就可以很容易合成皮瓣移植了。對于燒傷病人來說，這無疑是巨大的福音。

這個打印的腎臟和皮膚可能距真正臨床應(yīng)用于患者還很遙遠，但是有一些技術(shù)已經(jīng)離臨床很近了。

2013年，康奈爾大學(xué)使用3D打印機打印出了世界上第一只人造耳朵。這樣做出來的耳朵形狀合適、外形美觀。他們相信，3年后就可以臨床運用。

神奇的應(yīng)用

這樣的新聞盡管讓人興奮，但看似遙遠。其實3D打印已經(jīng)廣泛用于臨床了。比如打印義齒，或者完美吻合的牙套。2012年，日本的Fasotec公司開始提供母體中胎兒的3D打印模型，可以讓父母提前看到真實的孩子形象。華盛頓地區(qū)醫(yī)院使用3D打印機打印出患者的心臟模型，提供給心臟外科醫(yī)生術(shù)前實踐練習(xí)。

還有更多神奇的應(yīng)用出現(xiàn)在醫(yī)院里。

2011年，荷蘭一位83歲的女性因為感染失去了下頜骨，而傳統(tǒng)整形手術(shù)因為她年齡太大不能進行。醫(yī)生們與3D打印公司Layer Wise合作，用鈦粉作為打印材料，根據(jù)3D掃描的圖像，打印出一個完美的下頜骨，表面覆蓋生物陶瓷以避免身體排斥。移植到老人的下巴后，完美愈合。

更加神奇的事情發(fā)生在美國。2013年，美國康涅狄格州一名男子因為交通事故失去了75%的頭蓋骨。傳統(tǒng)骨科苦無良策。幸運的是，此時的3D打印技術(shù)已經(jīng)較為成熟。當?shù)匾患?D打印公司Oxford Performance Materials伸出了援手。該公司擅長生物打印技術(shù)。他們利用傷者原來的顱骨影像，使用3D打印技術(shù)，使用更加先進的生物高分子聚合體材料打印出需要補缺的頭骨，形狀邊緣均完美吻合，甚至連顱骨孔都進行了完美設(shè)計。2013年2月通過FDA審批，于同年3月手術(shù)成功移植。患者獲得了一個新的頭顱，這在過去是無法想象的。

用細胞打印

3D打印技術(shù)不光使用工業(yè)材料打印模型用于臨床，真正使用細胞來打印的技術(shù)也已經(jīng)出現(xiàn)了。

2013年，愛丁堡的Heriot-Watt大學(xué)的研究人員發(fā)明了干細胞打印機。材料是存活的胚胎干細胞。這種打印機可以噴出大小均一的干細胞懸液，保證細胞在打印出來后仍然能夠存活。再在干細胞構(gòu)架上加入可以促使干細胞分化為各種需要的細胞的細胞因子，就可以隨心所欲地合成各種需要的人體器官了。

2013年12月，劍橋大學(xué)再生醫(yī)療研究所發(fā)表了一篇文章，稱歷史上第一次成功地使用大鼠視網(wǎng)膜的神經(jīng)節(jié)細胞和神經(jīng)膠質(zhì)細胞打印出三維結(jié)構(gòu)的人工視網(wǎng)膜。打印出來的人工視網(wǎng)膜細胞存活良好，并且開始分裂生長。

當然，最終的目標是打印出完整存活的器官以供移植所需?？紤]到每年全球數(shù)以萬計的等待器官移植的患者，可供器官極端缺乏，加上配型又極端困難，使用患者本身的細胞利用3D打印技術(shù)打印出一個完美、不被身體排斥的器官來，將是醫(yī)學(xué)的夢想。

改變?nèi)祟惿?/p>

3D打印不光能打印器官，有朝一日也可以提高或者加強人類的能力，就像電影《機械戰(zhàn)警》中表現(xiàn)的一樣。普林斯頓大學(xué)的研究人員正在朝這個方向努力。他們將電子元件結(jié)合到細胞打印中去。年初，他們成功地使用水凝膠和小牛的細胞打印出一個人類的耳朵，在這個耳朵中，加入了由銀納米顆粒做成的電子天線。這個傳感器可以接收人類耳朵聽不見的頻率。也許有一天，我們就可以裝上這個耳朵，擁有傳說中的順風(fēng)耳。

還有一些更加接近于臨床實用的3D打印技術(shù)。

這些我們實際經(jīng)歷的醫(yī)學(xué)生物學(xué)的進步，有朝一日將會徹底改變?nèi)祟惖纳?。到那時，也許換個器官就如同換個汽車零件一樣容易。