科幻變現(xiàn)實(shí)：噴下即療愈,，生物3D打印繪就生命密碼圖

來源：腦極體

據(jù)世衛(wèi)組織2021年11月的數(shù)據(jù),，全球超過10億人口患有殘疾,，而隨著人口趨勢和慢性疾病患者增多的趨勢,，殘疾人的數(shù)量也在逐年增加,。而在新冠疫情風(fēng)行的這幾年，殘疾人的生活更是大大受到影響,，這一弱勢群體因?yàn)樵捳Z權(quán)的有限,，也一直處于被忽視的狀態(tài)。因?yàn)閲鴥?nèi)殘障基礎(chǔ)設(shè)施以及觀念的原因,，殘疾人的日常生活非常艱難,，冷遇和歧視無處不在，更別說參與到社會價(jià)值的鏈條中去貢獻(xiàn)了,。

大家是否還記得這些驚悚的新聞：有在蹦床公園娛樂玩耍時(shí),，摔倒導(dǎo)致脊柱受傷癱瘓的，也有在學(xué)習(xí)舞蹈的時(shí)候,，因?yàn)橄卵�姿勢而損傷脊柱導(dǎo)致下半身癱瘓的,。在現(xiàn)實(shí)生活中，意外摔傷,、交通事故,、不當(dāng)?shù)倪\(yùn)動等都會面臨截癱的風(fēng)險(xiǎn)，影響生活質(zhì)量,。

據(jù)悉,，世界上有數(shù)百萬的人因脊柱受傷而癱瘓，神經(jīng)細(xì)胞破壞,、神經(jīng)纖維斷裂,、脊髓橫斷等患者，目前仍然沒有有效的治療方案,。一旦癱瘓,，就意味著一生被禁錮在輪椅中，想想都覺得很壓抑,。

而新型的療法以3D生物打印組織來進(jìn)行脊髓損傷的治療,，給脊髓損傷的人帶來了希望。這種新的療法在動物試驗(yàn)中,，可以讓100%的早期癱瘓小鼠以及80%的長期癱瘓小鼠恢復(fù)行走能力,。

這個(gè)新型療法來自于科學(xué)家與再生醫(yī)學(xué)公司的合作，以色列特拉維夫大學(xué) Sagol 再生生物技術(shù)中心的 Tal Dvir 博士帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)與以色列再生醫(yī)學(xué)公司 Matricelf 協(xié)同,，開發(fā)的3D 打印脊髓組織植入物,，可以有效修護(hù)斷裂的脊柱。
在癱瘓小鼠試驗(yàn)中,，新型 3D 打印脊髓組織植入物可以快速修復(fù)小鼠受損脊柱,，最終使它們恢復(fù)行走能力,。這也是全球第一個(gè)組織工程植入物在長期癱瘓動物模型中恢復(fù)運(yùn)動能力的實(shí)例，這個(gè)成功的模型試驗(yàn)也是人類癱瘓治療最相關(guān)的模型,，為脊髓損傷的人群提供了可以站立生活的新可能。

在連接受傷的脊髓方式中,，研究人員曾提出過多種方法,，例如在急性損傷期將不同類型的細(xì)胞或生物材料移植到受損部位，包括神經(jīng)干細(xì)胞,、神經(jīng)祖細(xì)胞等多種細(xì)胞移植療法都曾進(jìn)行過測試,。然而，試驗(yàn)結(jié)果不盡理想,，要么出現(xiàn)因?yàn)橥�種異體細(xì)胞或異體細(xì)胞引發(fā)的免疫排斥反應(yīng),，要么就是這些移植后的細(xì)胞不能成功形成功能網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致移植失敗。

3D 生物打印技術(shù),，可以同時(shí)打印患者的細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì),，從而生產(chǎn)活的組織和器官。研究人員利用提取的細(xì)胞外基質(zhì),，生產(chǎn)一種個(gè)性化的水凝膠,，這種凝膠植入后不會引發(fā)免疫排斥反應(yīng)。將培養(yǎng)好的干細(xì)胞封裝在水凝膠中,，可以模擬脊髓胚胎發(fā)育過程,，隨后變成包含運(yùn)動神經(jīng)元的 3D 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)植入物。

在對比試驗(yàn)中,，研究人員將新型 3D 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)植入物植入受體小鼠后,，可以快速修復(fù)癱瘓小鼠的受損脊柱。最終,，所有接受移植的急性癱瘓小鼠均恢復(fù)了行走能力,，而長期癱瘓小鼠模型中也有80%的小鼠恢復(fù)了行走能力。

用3D 生物打印技術(shù),，可以打印治愈癱瘓的脊髓組織移植物,，使失去行走能力的生物獲得重新行走的能力，這個(gè)突破也無疑讓脊髓再生醫(yī)學(xué)的進(jìn)步向前邁了一大步,。

有關(guān)這個(gè)技術(shù)在人體的應(yīng)用,，據(jù)悉Matricelf 公司現(xiàn)在正在和美國 FDA 進(jìn)行積極溝通，準(zhǔn)備在 2024 年底之前通過其 3D 打印脊髓植入物進(jìn)入人體試驗(yàn),。而人類距離治愈癱瘓可能只有幾年的時(shí)間,。想一下，再過幾年,，可以有數(shù)百萬的人群受益于這個(gè)技術(shù)重新獲得肢體的自由,，令人期待,。

對于人體而言，組織損傷和退化是普遍現(xiàn)象,。然而,，在一些嚴(yán)重的創(chuàng)傷面前，人體再生能力無法應(yīng)對且無法實(shí)現(xiàn)自愈,，運(yùn)用3D 打印生物組織技術(shù),，也可以對一些組織和器官等移植帶來新的解決思路。

多領(lǐng)域的“開花”突破
得益于組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的飛速發(fā)展,，3D 生物打印技術(shù)目前是醫(yī)學(xué)組織工程領(lǐng)域中最先進(jìn)的技術(shù)之一,，包含了材料科學(xué)與生物科技領(lǐng)域中最先進(jìn)的技術(shù)，已經(jīng)被用于制造被替換和修復(fù)受損的組織和簡單的器官,。

3D 生物打印技術(shù)與普通的 3D 打印技術(shù)類似,，均是以自上而下、逐層構(gòu)建的方法生成復(fù)雜且精確的立體結(jié)構(gòu),。不同的是,，3D 生物打印技術(shù)的最終目的是要逐層構(gòu)建組織或器官。

對于3D 生物打印技術(shù)來說,，其技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)打印器官的模型與選擇生物墨水,。拿生物墨水來說，它通常是由生物材料,、細(xì)胞等其他必需成分組成的復(fù)合材料,。由于該技術(shù)可研究用于制造功能性的人體組織或器官，如心臟,、肝臟,、皮膚、骨骼等,。因此,，實(shí)現(xiàn)并維持生物墨水材料的活性和功能是該技術(shù)的關(guān)鍵所在。

（3D 打印全血管化的mini人類心臟）

在器官移植和組織移植方面,，有 3D 器官打印技術(shù),、 iPSC 技術(shù)和異種器官移植等解決方案，這些不同的解決方案各有優(yōu)劣,，用于解決不同的移植與治療需求,。相比較而言，3D器官打印需要解決生物墨水的限制,，異種器官移植仍待解決免疫排斥和動物內(nèi)源性病毒的問題,，而 iPSC 技術(shù)尚難以實(shí)現(xiàn)器官構(gòu)建。這些方案與技術(shù)在各自適配的領(lǐng)域內(nèi)并行發(fā)展,，都在解決器官移植供體資源不足的問題,。

在實(shí)際的臨床應(yīng)用中,，3D生物打印技術(shù)也有許多新的突破。近日,，國內(nèi)上海九院骨科團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了一種新型3D生物材料打印技術(shù),，通過提取患者本身的細(xì)胞來仿真打印其需要植入的骨骼材料。打印完的骨骼材料會被移植進(jìn)入人體,，骨細(xì)胞會發(fā)揮骨融合效應(yīng),，生長恢復(fù)得更加快速高效。據(jù)稱,，此項(xiàng)技術(shù)截至目前在全球范圍內(nèi)進(jìn)行了3次臨床手術(shù)，且均在上海九院,。

除了在醫(yī)療領(lǐng)域的臨床應(yīng)用,，3D打印技術(shù)還可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的藥物試驗(yàn)、外科培訓(xùn)和環(huán)境保護(hù)中,。

一家來自美國的安東尼-阿塔拉的研究所用3D打印技術(shù)開發(fā)了一種新的生物組織,，可以測試藥物的毒性，并且這個(gè)技術(shù)也應(yīng)用在了測試對抗新冠病毒的藥物毒性的研究試驗(yàn)中,。

在環(huán)保的場景中,，有研究人員嘗試了采用3D生物打印技術(shù)來制造仿生3D打印珊瑚，作為珊瑚啟發(fā)生物材料的新工具,，可以在藻類生物技術(shù),、珊瑚礁保護(hù)和珊瑚-藻類共生研究中找到用途。

無論是臨床醫(yī)學(xué)還是超出組織工程和再生醫(yī)學(xué)的范疇,，3D生物打印技術(shù)的應(yīng)用在這些領(lǐng)域中都在嘗試開啟新的大門,，將此前研究緩慢、停滯的領(lǐng)域續(xù)接上新的機(jī)遇與可能,。

下一站：“打印”生命
我們可以看到,，在過去的二十年里，許多生物3D打印技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)出來,，被應(yīng)用于眾多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，包括組織工程、疾病模型和藥物篩選等,。盡管如此,，大多數(shù)生物3D生物打印技術(shù)與臨床和轉(zhuǎn)化應(yīng)用還有相當(dāng)長的距離，面臨著許多的障礙,。

1.核心技術(shù)本身的限制,。從器官組織模型到生物墨水原材料等，需要整個(gè)系統(tǒng)技術(shù)的提升,，如生物墨水組織的保質(zhì)期問題,，受到微環(huán)境與溫度等各種條件的限制影響,，單個(gè)打印技術(shù)的突破，無法支撐3D生物打印技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)換與應(yīng)用,。

2.政策與監(jiān)管條例的補(bǔ)充與細(xì)化,。對于3D生物打印技術(shù)的臨床應(yīng)用中，缺乏有效的監(jiān)管政策,，來保障醫(yī)護(hù)與研究人員的臨床應(yīng)用環(huán)境,，對于這種涉及個(gè)性化醫(yī)療的產(chǎn)品，需要廣泛的討論與征求意見,，保護(hù)創(chuàng)新與應(yīng)用的土壤,。

3.臨床應(yīng)用醫(yī)護(hù)與患者理念的轉(zhuǎn)變。3D生物打印技術(shù)在臨床的應(yīng)用意味著個(gè)性化醫(yī)療,，這也對醫(yī)護(hù)和患者的理念提出了要求,，需要雙方以開放的心態(tài)去接納新型的醫(yī)療產(chǎn)品器械。個(gè)性化的醫(yī)療對于醫(yī)護(hù)與患者來說比標(biāo)準(zhǔn)化的醫(yī)療面臨的風(fēng)險(xiǎn)與承擔(dān)的責(zé)任要多很多,。

整體來說,，這些限制雖然阻礙了3D生物打印技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用,，但在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面,，3D生物打印技術(shù)也奮力邁入了新的階段，并且取得了不錯(cuò)的進(jìn)展,。比如在大尺度組織和器官的打印,、疾病模型的建立、微生理系統(tǒng)和器官芯片的構(gòu)建,、生物機(jī)器人和太空生物打印等,。

例如大尺度組織的打印技術(shù)方面，原位生物打印方案可以直接在受傷部位 3D 打印組織,。

有研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在人體胃的生物模型中使用設(shè)備進(jìn)行測試,，驗(yàn)證了其在生物打印活細(xì)胞和修復(fù)傷口方面的有效性，該技術(shù)或?qū)⒃谖磥碛糜谥委熚副趽p傷,。在未來,，直接掃描傷口并噴灑“生物墨水”就能修復(fù)破損的組織，電影中未來人的醫(yī)療技術(shù)要實(shí)現(xiàn)了,。

不過這個(gè)炫酷的前沿技術(shù)不是單領(lǐng)域的孤軍奮戰(zhàn),，涉及到材料、化學(xué),、藥物,、生物等各領(lǐng)域，需要這些領(lǐng)域的協(xié)同研發(fā)深耕,，才能走得更遠(yuǎn),。一旦成功規(guī)�,；瘧�(yīng)用，將會在健康領(lǐng)域作出前所未有的貢獻(xiàn),。

提高生命質(zhì)量,、延緩衰老是人類在生命科學(xué)領(lǐng)域的研究主旋律，隨著全面老齡化時(shí)代的加速,，器官,、組織的病變與衰老將會是醫(yī)療領(lǐng)域的重災(zāi)區(qū)。而以3D生物打印為基礎(chǔ)的生物技術(shù)變革,，可以為我們的生活帶來一些新的可能,。無論是癱瘓人群的肢體自由解放，還是病變組織,、器官的治療與更換,，都讓我們面對不可控的未來有了些許的自信與底氣。

不過,，實(shí)現(xiàn)生活質(zhì)量的提高與壽命延長，除了平時(shí)健康的生活方式外,，也得多多攢錢,，才能買得起高精尖的醫(yī)療服務(wù)。畢竟木有錢的話,，一切免談,，還是好好埋頭搬磚吧。