接線(xiàn)端子细胞当墨水 3D打印器官何时行？

《自然生物(wù)科(kē)技》杂志(zhì)近日介绍了一种生物(wù)打印机，并证明通过3D打印出来的耳朵组织(右图)，被移植到小(xiǎo)鼠體(tǐ)内后能(néng)像正常组织一样存活并生長(cháng)。这是有(yǒu)史以来第一次3D打印技术被证实有(yǒu)望替代人體(tǐ)器官。3D打印技术面世三十年来，与人们的生活越来越紧密。每年有(yǒu)数以万计的病患在等待合适的器官移植，设想一下，如果能(néng)够根据需要“打印”人體(tǐ)器官，病人就可(kě)以免去漫長(cháng)的等待时间。
　　
　　用(yòng)细胞当“墨水”的生物(wù)打印机
　　
　　虽然“3D打印”不再像刚出现时那么吸引眼球，但这个新(xīn)兴领域时常有(yǒu)好消息传来。2014年，人们“打印”出软骨组织；2015年，又(yòu)成功“打印”出供医學(xué)研究用(yòng)的肾脏组织。然而，囿于规模、结构和细胞存活时间方面的限制，大部分(fēn)打印产物(wù)只存在于实验室中，不能(néng)真正作為(wèi)可(kě)用(yòng)的器官进行移植。
　　
　　不过几天前，美國(guó)维克森林大學(xué)的研究团队在《自然生物(wù)科(kē)技》杂志(zhì)上发表论文(wén)称，他(tā)们把通过3D打印出的“耳朵”移植到小(xiǎo)鼠體(tǐ)内，两个月后，植入的耳朵保持了形状，而且还生成了适当的软骨组织。也就是说，这些从打印机里诞生的组织能(néng)够在生物(wù)體(tǐ)内正常存活并生長(cháng)。
　　
　　进一步设想，如果这项技术能(néng)用(yòng)在人體(tǐ)上，那医生就能(néng)直接用(yòng)病人自己的细胞，打印出替代性的人體(tǐ)组织或器官，这将是再生學(xué)领域的一大跳跃进步。
　　
　　这种“生物(wù)打印机”工作原理(lǐ)跟普通3D打印机一样，也是根据模型图纸一层层“堆”出设计好的形状，但由于细胞不像塑料那么稳固，如果仅仅是堆起来而不加约束，细胞很(hěn)容易散开。因此在生物(wù)打印过程中，整个结构会被加上一层临时的聚己内酯化合物(wù)，它可(kě)以发挥支架的作用(yòng)，确保移植中结构的稳定。一旦移植完成，这层材料会逐渐降解且不产生毒性。同时，细胞会分(fēn)泌出一种支持性的基质，维护植入物(wù)的形状。最终，细胞自行重组，不再需要支持性材料。
　　
　　专家解惑
　　
　　打印3D器官误差风险依然存在
　　
　　北京工业大學(xué)激光工程學(xué)院陈继民(mín)教授表示，目前的医疗行业应用(yòng)到3D打印技术的仅仅是“皮毛”。“除了用(yòng)于术前指导，比较常见的还有(yǒu)在骨折治疗中订制个性化钢板。但这并不能(néng)起到避免排异的效果，只能(néng)让钢板形状更匹配，更便于固定。人體(tǐ)组织、器官的3D打印技术应用(yòng)，还在基础研究阶段。”
　　
　　陈继民(mín)指出，3D打印器官，就算细胞外面用(yòng)聚己内酯化合物(wù)裹起来做支撑固定，但还是无法保证将3D打印器官放置人體(tǐ)后，它能(néng)長(cháng)时间紧紧黏合在一起。再加上，人體(tǐ)真正的器官是非常复杂的，打印出来的细胞尽管能(néng)够融合在一起，但并不意味着它们就能(néng)发挥功效。
　　
　　此外，陈教授提醒说，目前还没有(yǒu)哪一种软件强大到可(kě)以建立非常详细的器官模型，以供研究人员打印3D器官前做参考，这其中的误差和风险也是需要考虑的。
　　
　　人體(tǐ)系统很(hěn)复杂3D器官有(yǒu)局限
　　
　　人體(tǐ)器官打印面临的另一个问题是，如何在这些组织的内部设计“空腔”—聚己内酯固然可(kě)以使得细胞有(yǒu)序地堆叠在一起，但如果没有(yǒu)内部的空腔，这些细胞便活不了多(duō)久。
　　
　　在正常组织中，血管会交织在器官内部输送养分(fēn)，可(kě)许多(duō)打印出来的组织缺乏血管，移植后难以長(cháng)期存活，自然不能(néng)撑到与移植受體(tǐ)“融為(wèi)一體(tǐ)”。因此，给3D打印的组织留出供血管穿过的空间是极為(wèi)重要的。
　　
　　美國(guó)维克森林大學(xué)的团队则利用(yòng)水凝胶解决了这一问题，设置了可(kě)供血管伸展和发育的“空腔”。
　　
　　即使如此，中國(guó)3D打印技术产业联盟副理(lǐ)事長(cháng)周功耀对打印器官仍持谨慎态度。他(tā)告诉记者，3D打印的部分(fēn)器官在已知科(kē)學(xué)范畴内没有(yǒu)问题，但生物(wù)技术领域还有(yǒu)很(hěn)多(duō)人类没能(néng)掌握、没有(yǒu)探究到的信息。即使人工器官在體(tǐ)外功能(néng)正常，一旦植入體(tǐ)内，是否能(néng)运作、是否产生毒素，以及有(yǒu)哪些副作用(yòng)目前都不得而知。
　　
　　“人體(tǐ)系统非常复杂，万不得已，不能(néng)用(yòng)有(yǒu)限技术制成的器官去对接无限复杂的人體(tǐ)系统。生命是第一大事，这也是3D生物(wù)打印发展的第一大困难。目前3D打印耳朵、膀胱和心脏等都只存在实验室里，在植入人體(tǐ)前还要做大量实验、积累并分(fēn)析大量数据，继续不断改进，要做的事情还有(yǒu)很(hěn)多(duō)。”
　　
　　3D打印之父PK医學(xué)专家
　　
　　3D打印器官是高端消费？
　　
　　到目前為(wèi)止，在3D打印器面，出现了很(hěn)多(duō)“半成功”案例，它们大多(duō)数无法正常工作，或者仅仅只能(néng)存活几天时间。
　　
　　比如，美國(guó)生物(wù)科(kē)技公司Organovo曾打印出一种能(néng)够正常使用(yòng)的微型人體(tǐ)肝脏，但它仅仅存活了40天时间。路易斯维尔大學(xué)研究人员也在去年4月打印出了心脏瓣膜和小(xiǎo)静脉，他(tā)们希望在未来能(néng)够使用(yòng)病人的细胞打印出一颗可(kě)以正常跳动的心脏。
　　
　　对于3D生物(wù)打印的前景，中國(guó)工程院院士、被誉為(wèi)中國(guó)“3D打印之父”的卢秉恒认為(wèi)，预计5～10年内，我國(guó)即可(kě)使用(yòng)3D技术打印包括脏器在内的人體(tǐ)活體(tǐ)器官。
　　
　　卢秉恒介绍道，在医疗领域，3D打印目前已能(néng)够定制骨骼，方便医生在手术前反复练手。此外，还有(yǒu)医生将3D打印应用(yòng)于癌症的靶向治疗，打印癌症病变部位后反复模拟，最终使用(yòng)穿刺技术将药物(wù)精准送达病灶。也许在未来，用(yòng)台式扫描仪评估病人伤口后，就可(kě)以直接在病人伤口处打印人體(tǐ)组织。
　　
　　至于3D生物(wù)打印的费用(yòng)，北京解放军总医院骨科(kē)研究所副主任彭江表示，如果二三十年后，3D打印器官的技术能(néng)真正成熟，它也一定是高端消费。“因為(wèi)整个研发、细胞培养等一系列的成本非常高，当然等到实现规模化生产时，成本会有(yǒu)所降低，但前期投入不可(kě)忽视。”彭江说。(来源：东南商(shāng)报)