也許有一天你可以打印自己的心臟

從世界上第一臺商用3D打印機(jī)的誕生到現(xiàn)在已經(jīng)過了30年，3D打印逐漸走入尋常百姓家。早期的3D打印機(jī)只能夠利用塑料作為“墨水”，而現(xiàn)在，“墨水”的材料早就大大地?cái)U(kuò)展了—金屬、陶瓷、甚至細(xì)胞都可以被注入“墨盒”進(jìn)行操作。

利用生物細(xì)胞進(jìn)行打印的3D生物打印技術(shù)是一個(gè)充滿了希望和夢想的領(lǐng)域。得了心臟病？沒關(guān)系，用自己的細(xì)胞再打印出一個(gè)新的心臟……雖然聽起來有些天馬行空，但人類對于生命的探索哪次不是充滿挑戰(zhàn)？

首先要明確一個(gè)基本概念。無論是技術(shù)層面還是最終目標(biāo)，3D生物打印和傳統(tǒng)3D打印有嚴(yán)格的區(qū)別。雖然借用了相同的原理，但3D生物打印要做到更精確地控制生物材料（生物細(xì)胞、生長因子等）在整體3D結(jié)構(gòu)中的位置、組合、互相作用，還要保持它們的生物活性，并要實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)組織或器官接近、相同，甚至更優(yōu)越的功能。因此，3D生物打印是一個(gè)集醫(yī)學(xué)、工程學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)于一體，非常交叉和融合的學(xué)科。

比如說，普通3D打印是將原材料一層一層“壘”成設(shè)定好的形狀，但細(xì)胞可不像塑料那么聽話，如果只是堆砌而不加約束的話，它們將會(huì)肆意生長（后果有點(diǎn)可怕）。于是，在生物打印過程中，一種叫做聚己內(nèi)酯的化合物成為解決這一問題的關(guān)鍵。它可以發(fā)揮支架的作用，承載細(xì)胞維持器官或組織的形狀，在隨后的數(shù)年中逐漸生物降解，不留痕跡。

要打印器官或組織，則需要面臨另一個(gè)問題：如何在這些組織的內(nèi)部設(shè)計(jì)“空腔”—聚己內(nèi)酯雖然可以使得細(xì)胞有序堆疊，但如果沒有內(nèi)部的空腔，這些細(xì)胞便活不了多久。如果希望3D打印出來的組織能夠長久的存活，必須留出供血管穿過的空間。這個(gè)時(shí)候就需要水凝膠了。這種物質(zhì)會(huì)充填在細(xì)胞與細(xì)胞之間，當(dāng)細(xì)胞形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)后，它們就會(huì)被降解代謝。這樣，原先它們存在的位置，就形成了可供血管伸展和發(fā)育的“空腔”。

早在2003年，科學(xué)家便將噴墨打印機(jī)墨盒里的墨汁換成裝有細(xì)胞的水凝膠，首次實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞圖案的打印。隨后10多年間，生物打印技術(shù)一直在發(fā)展，從打印方式到打印材料，都有了巨大改進(jìn)。2009年，第一臺3D生物打印機(jī)的原型機(jī)問世，隨后被《時(shí)代周刊》評為2010年50項(xiàng)最佳發(fā)明之一。

從理論上講，生物打印的第一個(gè)突破口是皮膚、血管，然后是軟骨以及骨骼，最終則是具備完整功能性的器官。說白了，就是通過3D打印，直接在人體外制造器官，比如生產(chǎn)出腎臟、肝臟，甚至心臟等等。

皮膚的打印早已有成功案例。由于生物打印能制備任意形狀的人造組織和器官，更能對人體損傷部位進(jìn)行有針對性的重建，與傷口處實(shí)現(xiàn)無縫對接。這一技術(shù)在修復(fù)創(chuàng)傷皮膚領(lǐng)域有特別顯著的效果。

另外有一點(diǎn)必須要重視的是，大部分人體組織和器官都是有血管系統(tǒng)的，需要得到足夠的供血才能保持生物活性。如果沒有相應(yīng)的血管系統(tǒng)，即使能制造器官也不能長時(shí)間存活。因此，能否打印出有血管系統(tǒng)的組織器官，并且能融合于人體整個(gè)血液循環(huán)系統(tǒng)，是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)和難題。

四川大學(xué)華西醫(yī)院再生醫(yī)學(xué)研究中心曾經(jīng)成功地將打印出的血管植入恒河猴體內(nèi)，也代表了中國3D生物打印技術(shù)的前沿。在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，3D打印機(jī)用干細(xì)胞（干細(xì)胞可以分化為機(jī)體的任何一種細(xì)胞）打印出約2厘米長的血管樣本，然后將這些血管植入30只恒河猴的胸腔中，術(shù)后存活率達(dá)到100%。植入一個(gè)月后，人工血管中的干細(xì)胞分化成了天然血管所需的多種細(xì)胞。隨著時(shí)間推移，最終與恒河猴的原生血管完美相融，變得不可區(qū)分。

就在一個(gè)多月前，軟骨打印實(shí)驗(yàn)也取得了進(jìn)展。瑞典的科學(xué)家們成功地在小白鼠身上植入了3D打印的人體軟骨細(xì)胞，這些細(xì)胞在小白鼠體內(nèi)生長并增殖，60天之后形成了類似于“人類軟骨”的組織，其中還發(fā)現(xiàn)了部分干細(xì)胞轉(zhuǎn)化而成的血管。

3D生物打印的最終目的是為了解決移植器官來源有限的問題，我們距離人造器官的目標(biāo)還有多遠(yuǎn)呢？澳大利亞悉尼心臟研究所開發(fā)了一種可以打印心臟組織的生物打印機(jī)。這些特定的心臟細(xì)胞可以植入患者的心臟，用來修復(fù)受損的器官，就像一個(gè)有效的“補(bǔ)丁”一樣替換壞死的心臟肌肉。

對于再生醫(yī)學(xué)來說，能夠使用3D打印產(chǎn)品進(jìn)行治療是不折不扣的好消息。首先，它的成本并不太高；其次，利用來自受體的細(xì)胞培育的組織不具有排異性；加上CT等掃描技術(shù)，打印后的植入物可以精準(zhǔn)地匹配原有器官，順利地進(jìn)行替換，從而減輕了植入過程對患者身體帶來的負(fù)擔(dān)。

在現(xiàn)有的醫(yī)療手段中，一個(gè)器官的獲取要以另一個(gè)人器官的失去為前提，而主動(dòng)或被動(dòng)失去的器官數(shù)量又遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于需要的器官。3D生物打印機(jī)的出現(xiàn)，有可能解決這方面的問題，從而延續(xù)病人的生命，無疑是未來一段時(shí)間內(nèi)最值得期待的技術(shù)之一。

研發(fā)了世界上第一臺3D生物打印機(jī)的Organovo公司首席執(zhí)行官基思·墨菲在接受采訪時(shí)說，最終有一天，我們只需輕輕按下按鈕，就能打印出我們所需要的器官。如果真的如他所說，人類長生不老的夢想也許真的就此實(shí)現(xiàn)也說不定。