3D生物打印技術：讓起死回生不再遙遠？
點擊量：298 發（fā）布時間：2017-02-17 作者：狀（zhuàng）邁（上海）增（zēng）材製造技術有限公司（sī）
3D生物打印可起死回生？
我們（men）會在每年寒暑假複播的《西遊記》中會看（kàn）到這樣的景象：觀音菩薩拿著蘸了玉淨瓶甘露的楊柳枝，將露水灑向一個氣息全無的（de）人之後，這個人馬上就會活（huó）過來。
死亡，是一件任何人最終都將要麵對而又無法改（gǎi）變的一件事（shì）。那些看起來能夠讓人起死回生的“法力”似（sì）乎僅停留在故事裏。但是，科技發展到今天（tiān），我們雖不能做到讓死去的（de）生命再次複活，但可以（yǐ）讓垂（chuí）危的生命得以延續。至少，3D生（shēng）物打印（yìn）技術就已經開始改變人類社會了。
打印一隻耳朵？
用一（yī）台打印機製造一隻耳朵，這（zhè）種隻在電影中見到的場景如今已經發生在我們周圍。2016年2月15日，來（lái）自美國北卡羅萊納州維克森林大學再生醫學研究所的科學家們稱，他們已經創建了一台可以製造器官、組織和骨（gǔ）骼的3D打印機，而這些通過3D打印機打印出（chū）來的器官、組織和骨骼能夠直接植入人體。這一成果已於當日發表在科學雜誌《Nature Biotechnology》上。
論文（wén）稱，與（yǔ）大多數3D打印機一樣，科學家們此（cǐ）次研發的3D打印（yìn）機的噴嘴依靠計算機控製，以一種（zhǒng）非常精確的模式逐層擠（jǐ）出沉積材料。這些沉積材料最（zuì）終會硬（yìng）化，並生成（chéng）任（rèn）何（hé）想（xiǎng）要的對象，不過，與其他3D打印機使用（yòng）熔融的塑料或（huò）者金屬材料不同的（de）是，這款3D打印機擠出的主要是含有人體細胞的水凝膠。
實際（jì）上，該3D打印（yìn）機擁有（yǒu）多個噴嘴（zuǐ），一些擠出水凝膠，還有一些則擠出可生（shēng）物降解材料，用來給打印出來的組織提供結構和強度支持。當輔助（zhù）材料溶解（jiě）和組織在機器中完成孵化時，它就有（yǒu）可能植入人（rén）體。研究人員先（xiān）對人耳（ěr）、下顎骨（gǔ）、肌肉進行3D掃描，從而創建數字（zì）模板，然後打印（yìn）出一塊耳形（xíng）的軟骨、一塊肌肉和一塊（kuài）下頜骨，並把它們植入小鼠體內。
3D生物打印的技術原理
所謂的（de）3D生物打印，指的是一種以計算機三維模型為基礎（chǔ），通過軟件分層（céng）離散和數控成型的方法，定位裝配生物材料或活細胞，製造人（rén）工植（zhí）入支架（jià）、組織器官和（hé）醫療輔助等生物醫學產品的3D打印技術。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。
世界上第一台3D生物打印機（jī）的原型機已在2009年底由（yóu）Organovo公司製造出來，2010年被《時代周刊》評為2010年50項最佳發明之一。
3D生物（wù）打印技術目前還處於開發的初級階段，通過電腦建模程序來設計需要打印的器官剖麵圖，從而精（jīng）準指導隨後的打印過（guò）程。研究者在供打印的液（yè）態材料中複合從骨髓、脂肪等組織中提取的幹細胞，或不同的活（huó）性因子，通過打印頭將液體按照一定圖案打（dǎ）印在接收平台上。打印頭（tóu）每（měi）打印一層，就會（huì）提升一個層（céng）高的刻度（dù），繼而開始下一層圖案的打印（yìn），從而逐漸實現人造組織的成型（xíng），跟普通3D打印在工業應用中的模型製造（zào）過程（chéng）類似（sì）。
3D生物打印機可以被置於生物安全櫃中，可（kě）進（jìn）行無菌操作，打印後的組織可（kě）以直接被（bèi）植入患者體內，其中的細胞在生長因子（zǐ）的調控下（xià），重新組合、分化，最終形成新（xīn）的組織（zhī）和器官。以皮膚打印過程為（wéi）例，一般需要經過皮膚樣品三維建模、形成脂肪原型（xíng）、3D打印皮膚樣品三個步驟才（cái）能完成。
從（cóng）理（lǐ）論上講，3D生物打印機可以使用CT等掃描（miáo）技術，得到患者身體（tǐ）的各個部位精確圖像數據，並在隨後的短時間內打印出（chū）相應（yīng）的組織，由於這（zhè）些結構來源於病人的身體掃描，因此，打印後的植入物完全可以模擬原有的器官，順利地進行替換，從而減輕了植入（rù）過程對患者的身體帶來的負（fù）擔。
3D生物打印給我們帶來了哪些驚喜（xǐ）？
現有的3D生（shēng）物打印機的研（yán）究還（hái）處於早期階段，但是發展前景為（wéi）大家所期待。據澳大利亞Invetech和美國Organovo兩家公司宣稱，3D生物打印技（jì）術（shù）將（jiāng）在5年（nián）內實現對功能性大血管的打印，十年內實（shí）現心髒或者肝髒（zāng）等器（qì）官的打印。由此可（kě）見，3D生（shēng）物打印技術的成果（guǒ）可（kě）能會給醫療（liáo）界帶來一（yī）場革命。那麽，3D生物打印（yìn）技術給我們帶（dài）來（lái）了哪（nǎ）些驚喜呢？
1.3D打印腎髒原型（xíng）
美國（guó）北卡羅萊納Wake Forest大（dà）學Anthony Atala等人使用複合細胞的水（shuǐ）凝膠材料，逐層打（dǎ）印，構建出類似於腎髒的結構。從而製造骨骼（gé）、耳鼻、膀胱等人體（tǐ）器官，以達到為（wéi）患者提供量身定做的器官（guān）替代品的目的。
2.3D打印人耳
美國康奈爾大學工程師與醫生們結合3D打印（yìn）技術以及活性細胞製成的可注射膠造出了與人耳幾乎完全一樣的人工假耳，在外觀與功能上與真耳相差無異（yì），並且在（zài）3個月之（zhī）內，這些耳朵即可長出軟骨，替換掉其中用（yòng）於定型的膠原。
3.3D打印肝髒
蘇格（gé）蘭科學家率先研製出（chū）利用人體細胞打印人造肝髒組織的技術，研究人員研製出了基於瓣膜的（de）細胞打印流程，可以（yǐ）生產特定的細胞種類（lèi），容量僅為2nL或每滴小於（yú）5個細胞。這一研究結果對醫藥行業意義（yì）非常重（chóng）大，它能把人（rén）體對藥物的反應模擬（nǐ）得更加逼真，有助於選出高效的藥物。
不過這一技術（shù）麵臨（lín）著很大挑戰就是，怎樣保證研發出更容易操控和更精細的打印噴嘴，以有效保護細胞和組織的生存（cún）能（néng）力（lì）。隨後，研究人員開（kāi）發了基於瓣膜的雙噴嘴打印機，用於打印（yìn）高（gāo）質量的（de）細胞，包（bāo）括打印首個用於組織再生的胚胎幹細胞。
4.3D打印（yìn）仿生組織
英國（guó）牛津大學研（yán）究出最新3D打印技術，將（jiāng）水（shuǐ）和液體分子連接在一起，形成了具（jù）有人（rén）體細胞功能的“液（yè）滴（仿（fǎng）生組織）”。每（měi）個液滴是直徑約為50微米的透明空腔，這些（xiē）打印出的“功能液滴”可用於人體組織，或者（zhě）作為新方法為人體投遞新藥，相關研究發表在《科學》（Science）雜誌上。
我國的突破（pò）
3D生物打印離我們並不遙遠，不僅在國外大放異彩，在國內也是摸得著看得見的（de）。 據央視報道，我國863計劃之一的3D打印血管已經獲得重大突（tū）破，世界首創的3D生物血管打印機由四川藍光英諾生物科技有限公（gōng）司成功研製（zhì）。據介紹，該款血管打印機性能（néng）先進，僅僅2分（fèn）鍾便打（dǎ）出10厘米長的血管。3D生（shēng）物（wù）血管打印的核心（xīn）技術是生（shēng）物（wù）磚（Biosesynsphere），生物磚並（bìng）不是磚塊，也不（bú）是方方正正的形狀，而是一種新型（xíng）的、精（jīng）準的（de）、具有仿生功能的（de）幹細胞培養體係。
有長（zhǎng）路要走
從全球來看，生物3D打印的前景比較廣闊，目前（qián）生物3D打印（yìn）技術已經在主動脈瓣、種植手術導板、人工下顎等領域得到應用。但是，人體是一個複雜（zá）的係統，無數細胞每天在以我們不能充分理解的神秘方式生長、愈（yù）合和變化，我們還沒有解（jiě）碼細胞之間是如何傳遞（dì）的，盡管（guǎn）科學（xué）研究可以將細胞以完美的形狀放在支架上的正確位置，但是仍然（rán）沒有人準確地知道如何“啟動”種子細胞，現有的3D生物打印隻是剛剛開了個頭，未來（lái）3D生物（wù）打印技術的道路還有很（hěn）長的（de）一段路要走。
