3D打印器官，離我們還有多遠(yuǎn)

佚名

“試想一下，當(dāng)你身上的某個(gè)器官出現(xiàn)了問題需要移植更換，而你根本不必為能否找到稀缺的捐獻(xiàn)器官而焦慮，只需輕輕按下按鈕，就能讓3D生物打印機(jī)制造出我們所需要的器官……”借助于科技的發(fā)展，這個(gè)以前只能出現(xiàn)在科幻小說和電影中的場景，已經(jīng)不是天方夜譚！

何為3D打印

3D打印設(shè)想起源于19世紀(jì)末的美國，并在20世紀(jì)80年代得以發(fā)展和推廣。

3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。

這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在在不同領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

2013年11月，西安電子科技大學(xué)展出3D打印機(jī)器人，這是一臺遠(yuǎn)程體感控制服務(wù)機(jī)器人，最主要的功能是照顧老人。很多老人行動不便，有了機(jī)器人助手，只要對著攝像頭做出手勢，機(jī)器人就能模仿動作去做家務(wù)。

2013年12月，西班牙巴塞羅那的自然機(jī)器公司向市場推出首款3D食物打印機(jī)，該打印機(jī)可直接“打印”制作甜品、漢堡、面包、巧克力或意大利面。

2014年10月10日，世界首款3D打印汽車終成現(xiàn)實(shí)，這輛由“本地汽車”公司打造的3D打印汽車只有兩個(gè)座位，名字叫“斯特拉迪”，它的制作周期為44個(gè)小時(shí)，并且最高時(shí)速可以達(dá)到80公里每小時(shí)。“斯特拉迪”全身是碳纖維及塑料，利用“3D打印技術(shù)”制造而成。據(jù)悉，全車只使用了40個(gè)零件，且依靠電動能源，充一次電花費(fèi)3.5小時(shí)，可以行駛大約100公里。

2017年2月，美國加州大學(xué)洛杉磯分校發(fā)布消息稱開發(fā)出了一種新的生物墨水，可以通過噴射3D打印技術(shù)被制成藥物，而這樣的藥物溶解速率遠(yuǎn)高于普通藥物。

如果說3D打印技術(shù)帶來了生產(chǎn)制造的變革，那么，將此技術(shù)應(yīng)用于生物領(lǐng)域，則對人類有著非常重大的意義，精準(zhǔn)復(fù)制各種人體組織、器官和藥物，從膝蓋骨到肝臟，從抗癌藥到DNA……也許有一天人類可以“打印自我”。

何時(shí)能用上“打印器官”

如果要問3D打印在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用最廣的是什么，那自然就要數(shù)肢體和器官打印了。

在人的身體上，可替換度最高的自然當(dāng)屬肢體、牙齒等。這些部位的主要功用輔助人的行動和生活，功能單一，所以結(jié)構(gòu)也相對簡單。

目前在生活中，3D打印義肢技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。英格蘭一位女童裝上了3D手掌，一位農(nóng)民工則裝上了一塊頭蓋骨，甚至澳大利亞公司CSIRO可以為病人量身定做鈦制的胸骨和肋骨，從而為其打造一個(gè)3D胸腔。

如果說打印肢體、牙齒等是easy級的話，那么，3D打印器官可能就是hard級。

3D打印器官之所以存在困難，是因?yàn)槠鋬?nèi)部有大量的血管，并且各個(gè)器官的組織構(gòu)成也不一樣。比如大腦主要由大量的神經(jīng)組織構(gòu)成，要實(shí)現(xiàn)對神經(jīng)組織的打印和培養(yǎng)，目前還是存在較大的技術(shù)困難的。

美國一家生物科技公司利用細(xì)胞3D打印技術(shù)，在細(xì)胞培養(yǎng)基座中打印出肝臟所需的細(xì)胞組織。

經(jīng)過在器皿中的培養(yǎng)，就可以生長為正常形狀的肝臟并移植到人體中。只不過，這個(gè)肝臟的細(xì)胞在經(jīng)過打印之后會失去活性，變成死細(xì)胞。

除了肝臟之外，腎臟、胰臟等器官也在研究當(dāng)中。研究者們普遍認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)真正功能健全、可移植的3D打印器官，至少還需要10年的時(shí)間。一旦這項(xiàng)技術(shù)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，其帶來的改變將是革命性的：等待手術(shù)的人們將不必因?yàn)榈炔坏交铙w器官而絕望地死去，器官也將成為可以批量生產(chǎn)的商品。對解決活體器官短缺、延長人類壽命，甚至是產(chǎn)生新的器官供應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈，都將帶來積極的影響。

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，大部分這樣的打印物只存在于實(shí)驗(yàn)室中，不能真正作為可用的器官進(jìn)行移植。

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。

在生物打印過程中，整個(gè)結(jié)構(gòu)會被加上一層臨時(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，這層材料會逐漸降解且不產(chǎn)生毒性。同時(shí)，細(xì)胞會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。

為了測試打印效果，研究團(tuán)隊(duì)將3D打印的“耳朵”植入了小白鼠皮下，兩個(gè)月后，植入的耳朵不僅保持形狀，還生成了適當(dāng)?shù)能浌墙M織。而另一部分打印并移植的肌肉組織，僅用了兩周時(shí)間，就在小白鼠體內(nèi)引起神經(jīng)形成。這實(shí)在是振奮人心的結(jié)果，對于失去耳朵的患者來說，如果可以用自己的細(xì)胞打印個(gè)真實(shí)的耳朵，不僅舒適度要比仿生耳朵好得多，也不會有排異反應(yīng)。

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)利用水凝膠解決了這一問題——這些水凝膠結(jié)構(gòu)能夠以固體的形態(tài)作為支架的作用，當(dāng)細(xì)胞形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后，它們就會被降解代謝，原先它們存在的位置，就成了可供血管伸展和發(fā)育的“空腔”。利用這一思路，原本因營養(yǎng)物質(zhì)輸送問題而受限的打印組織大小問題也得以解決了。

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打印器官仍持謹(jǐn)慎態(tài)度，他表示，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。