3D打印機(jī)『織』出人體器官

▲研究人員進(jìn)行3D生物打印血管體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)(圖/搜狐新聞)

試想一下，假如你身上的某個(gè)器官或組織出現(xiàn)了狀況，你正擔(dān)心能否找到稀缺的捐獻(xiàn)器官，這時(shí)醫(yī)院用3D生物打印機(jī)打印出一個(gè)全新的器官，并移植到你的體內(nèi)，就像換掉機(jī)器上一個(gè)老舊零件般簡(jiǎn)單……近日，美國(guó)的一家公司就開發(fā)出了全球第一款人類組織3D打印機(jī)器人“BioAssembly-Bot”，不僅能制造生物醫(yī)學(xué)材料，甚至還可以制造人類器官。

借助科技的發(fā)展，原本以前只能出現(xiàn)在科幻電影中的場(chǎng)景，也許不再是天方夜譚。

3D生物打印技術(shù)分四個(gè)層次

河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副院長(zhǎng)楊光教授介紹，3D生物打印就是一種以計(jì)算機(jī)三維模型為基礎(chǔ)，通過軟件分層離散和逐層數(shù)控成型的方法，定位裝配各類可用于生物體的材料或活細(xì)胞，制造人工植入支架、組織器官等生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品。

和常規(guī)的3D打印技術(shù)不同，目前最前沿的3D生物打印是一種跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的新型再生醫(yī)學(xué)工程技術(shù)。

“3D生物打印人體器官是生物3D打印的最高層次?！睏罟饨忉尩溃?D生物打印在材料、方式和目標(biāo)等方面與一般物品的3D打印都有顯著區(qū)別。它要求最終產(chǎn)物能生長(zhǎng)并植入生命體，所采用的材料是用來作為細(xì)胞生長(zhǎng)支架的水凝膠和各類生長(zhǎng)細(xì)胞，打印方式也比較少。

“根據(jù)打印材料、生物學(xué)性能和應(yīng)用情況，3D生物打印技術(shù)可分為四個(gè)層次，而離人體越近，應(yīng)用難度越大?！睏罟獗硎尽?/p>

第一層次是體外應(yīng)用，也就是如手術(shù)導(dǎo)板和外固定物這類體外模型、輔具的打印，它們可用于制造個(gè)性化體外器官模型，幫助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃、假肢設(shè)計(jì)等。因無(wú)需放置在身體內(nèi)部，所以這類打印對(duì)材料的生物相容性要求不高。

“隨后科學(xué)家開始探尋離人體更近一步的第二層次打印技術(shù)，即可植入體內(nèi)的各類器械和假體，使用的材料具有良好的生物相容性?！睏罟饨忉尩溃@類打印產(chǎn)物的代表是各種骨替代物、關(guān)節(jié)、種植體、內(nèi)固定物等，材料主要有陶瓷、鈦合金等。

第三層次打印的是可降解的植入物，材料具有優(yōu)良的生物相容性、生物活性，可以降解并被人體吸收，還可幫助細(xì)胞、神經(jīng)等組織生長(zhǎng)，目前主要用來制造植入人體內(nèi)的組織支架。

最接近人體的第四層次則是器官的打印，即直接以活性細(xì)胞、蛋白或其他細(xì)胞的基質(zhì)為材料，來打印出仿生的細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)

部分“活”器官已成功打印

而活體組織、器官的打印需要特殊的材料。“過程很像做蔥油餅，不同的是做蔥油餅需要鋪一層面粉鋪一層蔥鋪一層芝麻，打印組織和器官則是把材料、細(xì)胞、生長(zhǎng)因子一層一層撒上去，最終變成肝臟、心臟、血管等。”楊光表示，3D生物打印技術(shù)具有快速性、準(zhǔn)確性及個(gè)性化定制的特點(diǎn)，在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，近年來已逐漸成為各國(guó)科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。

僅2016年以來，研究人員已經(jīng)打印出卵巢、軟骨、血管等“活”器官，有的還在動(dòng)物身上移植成功。

軟骨是位于關(guān)節(jié)和脊椎之間的一種柔軟的結(jié)締組織，這種組織受到損傷之后很難修復(fù)。2016年5月，來自倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的研究人員利用3D生物打印技術(shù)打印出一種特定結(jié)構(gòu)，并利用這一結(jié)構(gòu)來促進(jìn)軟骨細(xì)胞在關(guān)節(jié)內(nèi)形成和生長(zhǎng)。不過該技術(shù)仍處在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試階段，如何通過手術(shù)植入人體，還有待進(jìn)一步研究。

我國(guó)在3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域也沒有落后。2016年12月，中組部首批“千人計(jì)劃”國(guó)家特聘專家康裕建教授團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)將3D生物打印的血管植入恒河猴體內(nèi)。目前該研究團(tuán)隊(duì)已完成30只恒河猴3D生物打印血管體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物術(shù)后存活率為100%。

除此之外，科學(xué)家們還3D打印出耳朵、骨頭和肌肉組織，甚至還用心肌細(xì)胞和生物材料模擬打印出了動(dòng)物心臟。

前景雖好但不能任意使用

體，使其在接近人體內(nèi)的三維環(huán)境里生長(zhǎng)。

國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局注冊(cè)認(rèn)證的3D打印人工椎體研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科主任劉忠軍等專家認(rèn)為，3D打印在現(xiàn)階段屬于新興技術(shù)，目前世界各國(guó)在3D打印醫(yī)療科技創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)領(lǐng)域處于同一平臺(tái)高度。

3D打印作為一個(gè)跨學(xué)科的新興領(lǐng)域，在醫(yī)療上的應(yīng)用不僅涉及醫(yī)學(xué)，還可能涉及化學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等學(xué)科，目前還需要更充分地融合。到目前為止，在3D打印器官方面，出現(xiàn)了很多“半成功”案例。之所以說“半成功”，是因?yàn)樗鼈兇蠖鄶?shù)無(wú)法正常工作，或者僅僅只能存活幾天時(shí)間。

3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的初步應(yīng)用已顛覆了人們對(duì)現(xiàn)有醫(yī)療的認(rèn)識(shí)，不少國(guó)家也投入大量人力物力發(fā)展該技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，但醫(yī)療安全不可忽視。目前3D打印產(chǎn)品主要為應(yīng)用于人體或長(zhǎng)期植入人體的輔助工具，打印材料有塑料類、金屬類及生物材料等多種，一旦應(yīng)用失當(dāng)，可能危及患者生命，造成醫(yī)療事故。北京工業(yè)大學(xué)激光工程學(xué)院教授陳繼民表示，目前的醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用到3D打印的僅僅是“皮毛”，誤差風(fēng)險(xiǎn)依然存在。中國(guó)工程院院士戴尅戎說：“3D打印應(yīng)用于醫(yī)學(xué)還只是開始，在發(fā)展過程中要非常小心，做好監(jiān)管工作，不能輕易打印出個(gè)東西就往身上裝。3D打印的前景無(wú)比美好，但我們不能任意使用?！?/p>

此外，多位業(yè)內(nèi)專家提出，3D打印科技創(chuàng)新產(chǎn)品制作工藝較新，目前尚缺乏相應(yīng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)評(píng)審模式難以對(duì)其作出科學(xué)、客觀、合理的評(píng)價(jià)，這些因素使3D打印醫(yī)療科技創(chuàng)新產(chǎn)品在審批過程中遇到嚴(yán)重阻礙。有專家提出，要成立專門機(jī)構(gòu)，審批3D打印醫(yī)療科技創(chuàng)新產(chǎn)品。（據(jù)河北日?qǐng)?bào)、北京日?qǐng)?bào)）

※