我們何時(shí)能夠植入3D打印器官,，誰能負(fù)擔(dān)得起？

南極熊導(dǎo)讀：根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,，截至今年6月10日,，美國(guó)器官移植等待名單上有106075名男性、女性和兒童,。然而,，活體捐贈(zèng)者平均每年只提供約6000個(gè)器官，每年約有8000名已故捐贈(zèng)者,，他們每人平均提供3.5個(gè)器官,，這顯然還無法滿足移植的需求。如果醫(yī)生可以直接用病人的細(xì)胞打印出一個(gè)腎臟,，而不是找到一個(gè)匹配的捐贈(zèng)者,，會(huì)不會(huì)從根本上解決這個(gè)問題？

哈佛大學(xué)懷斯生物啟發(fā)工程研究所的Jennifer Lewis教授說,，3D器官生物打印技術(shù)的出現(xiàn)帶來了希望,，但這種情況最快也要十年后才能實(shí)現(xiàn)。根據(jù)2019年的一項(xiàng)研究,，器官生物打印是利用3D打印技術(shù)將多種細(xì)胞類型,、生長(zhǎng)因子和生物材料以逐層的方式組合起來，生產(chǎn)出模仿的生物人工器官,。

這種類型的再生醫(yī)學(xué)正處于發(fā)展階段，這種創(chuàng)新背后的驅(qū)動(dòng)力是 "真正的人類需求",。Lewis說： "一些人經(jīng)歷了災(zāi)難性的健康事件,，他們的器官質(zhì)量不夠高，無法捐贈(zèng),，或者他們一開始就不在器官捐贈(zèng)者名單上,，因此要找到一個(gè)好的匹配對(duì)象非常困難",。

2006年，Wake Forest 再生醫(yī)學(xué)研究所主任Anthony Atala博士和他的同事在實(shí)驗(yàn)室里手工培育人類膀胱,，并首次將一個(gè)復(fù)雜的器官植入人體內(nèi) -- 挽救了三個(gè)被他們植入膀胱的兒童的生命,。

△在Wake Forest 再生醫(yī)學(xué)研究所，一個(gè)膀胱支架被播種了細(xì)胞

根據(jù)美國(guó)衛(wèi)生資源和服務(wù)管理局的數(shù)據(jù),，每天有17人因等待器官移植而死亡,，每9分鐘就有一個(gè)人被列入等待名單。2021年,，移植名單上超過90%的人需要一個(gè)腎臟,。

Lewis說："全世界大約有100萬人需要一個(gè)腎臟，他們有末期腎衰竭,，必須進(jìn)行透析,。一旦患者進(jìn)行透析，基本上就只剩下五年的壽命,，而且每年的死亡率都會(huì)增加15%,。透析對(duì)患者的身體來說是非常艱難的。因此,，這確實(shí)是促使我們接受打印器官這一宏偉挑戰(zhàn)的動(dòng)力,。"

3D打印器官

為了開始生物打印器官的過程，醫(yī)生通常從病人自己的細(xì)胞開始,。他們對(duì)一個(gè)器官進(jìn)行小針頭活檢,，或者做一個(gè)微創(chuàng)手術(shù)，取出一小塊組織,，不到郵票的一半大小,。通過取這一小塊組織，能夠?qū)⒓?xì)胞分開并且在體外生長(zhǎng)和擴(kuò)大,。

這種生長(zhǎng)發(fā)生在一個(gè)無菌培養(yǎng)箱或生物反應(yīng)器內(nèi),，這是一個(gè)加壓的不銹鋼容器，幫助細(xì)胞保持營(yíng)養(yǎng),。醫(yī)生每24小時(shí)“喂養(yǎng)”一次,，因?yàn)榧?xì)胞有自己的新陳代謝。每種細(xì)胞類型都有不同的培養(yǎng)基,，孵化器或生物反應(yīng)器就像一個(gè)類似烤箱的設(shè)備,，模仿人體的內(nèi)部溫度和氧氣。

然后將細(xì)胞與凝膠混合,，這就像一種膠水,，你身體里的每一個(gè)器官都有細(xì)胞和膠水，把它固定在一起,，這也被稱為'細(xì)胞外基質(zhì)',。

這是一種可打印的混合物,，由活細(xì)胞、稱為水凝膠的富水分子以及幫助細(xì)胞繼續(xù)增殖和分化的介質(zhì)和生長(zhǎng)因子組成,。水凝膠模仿了人體的細(xì)胞外基質(zhì),，其中包含的物質(zhì)包括蛋白質(zhì)、膠原蛋白和透明質(zhì)酸,。

膠水的非細(xì)胞樣本部分可以在實(shí)驗(yàn)室里制作,，所使用的生物材料必須是無毒的、可生物降解的和生物相容的,，以避免出現(xiàn)負(fù)面的免疫反應(yīng),。膠原蛋白和明膠是用于生物打印組織或器官的兩種最常見的生物材料。

打印器官的過程

醫(yī)生將生物墨水（取決于他們想要打印的細(xì)胞類型）裝入一個(gè)打印室,，使用打印頭和噴嘴擠出墨水,，逐層建立材料。通過用病人的X射線或掃描的成像數(shù)據(jù)對(duì)打印機(jī)進(jìn)行編程,，可以創(chuàng)建具有個(gè)性化特性的組織,。

使用彩色打印機(jī)，有幾個(gè)不同的墨盒,，每個(gè)墨盒都打印不同的顏色,，然后你得出你的（最終）顏色。生物打印也是如此,；你只是使用細(xì)胞而不是傳統(tǒng)的油墨,。

打印過程需要多長(zhǎng)時(shí)間取決于幾個(gè)因素，包括被打印的器官或組織,，分辨率的精細(xì)程度和所需的打印頭數(shù)量,。但它通常會(huì)持續(xù)幾小時(shí)。從活檢到植入的時(shí)間大約是四到六周,。

△一臺(tái)3D打印機(jī)將不同類型的細(xì)胞播種到一個(gè)腎臟支架上

最終的挑戰(zhàn)是 "讓器官真正發(fā)揮它們應(yīng)有的功能",，就像從捐贈(zèng)者那里收獲一個(gè)器官一樣，必須立即將3D打印的器官放入生物反應(yīng)器并開始灌注,，否則細(xì)胞會(huì)死亡,。灌注器官是通過血管或其他渠道的循環(huán)為它提供液體，通常是血液或血液替代品,。

根據(jù)器官的復(fù)雜性,，有時(shí)需要在生物反應(yīng)器中進(jìn)一步成熟組織，或進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)連接,。為了使打印出來的器官真正像人類器官一樣在體內(nèi)發(fā)揮作用,，必須完成一些管道問題和挑戰(zhàn)。老實(shí)說,，這一點(diǎn)還沒有完全解決,。

一旦生物打印的器官被植入病人體內(nèi)，它就會(huì)隨著時(shí)間的推移而自然降解,，這沒有問題,，因?yàn)樗�就是這樣設(shè)計(jì)的。

"隨著膠水的逐漸溶解,，細(xì)胞感覺到它們不再有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的立足點(diǎn),。因此，細(xì)胞開始創(chuàng)造它們自己的橋梁,，創(chuàng)造它們自己的膠水,。"

還需要多少年才能實(shí)現(xiàn)，成本怎么樣?

Lewis和Atala對(duì)完全功能的生物打印器官能夠被植入人體之前的剩余年限進(jìn)行了保守的估計(jì),。

Lewis說："這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展很快,，但我認(rèn)為我們正在談?wù)撌�年以上的時(shí)間，即使已經(jīng)取得了所有的巨大進(jìn)展,�,！�

Atala說："我多年前就學(xué)會(huì)了永遠(yuǎn)不要預(yù)測(cè)，因?yàn)槟憧偸菚?huì)錯(cuò)的,。在制造和（美國(guó)食品和藥物管理局的規(guī)定）方面有太多的因素,。我們的興趣是確保技術(shù)對(duì)病人來說是安全的，這是最重要的,。"

每當(dāng)生物打印器官成為一種可用的選擇時(shí),，病人和他們的護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)能力不應(yīng)該是一個(gè)問題。

Atala說：“與器官衰竭有關(guān)的費(fèi)用非常高,。僅僅為了讓一個(gè)病人繼續(xù)接受透析,，每年就要花費(fèi)25萬美元以上。因此,，創(chuàng)造一個(gè)可以植入病人體內(nèi)的器官要便宜得多,。"

根據(jù)美國(guó)腎臟病學(xué)會(huì)發(fā)表的研究報(bào)告，2020年的平均腎臟移植費(fèi)用為442,500美元--而3D打印機(jī)的零售價(jià)約為幾千美元,，最高可達(dá)10萬美元,，這取決于其復(fù)雜性。但是,，即使有低成本的打印機(jī),，生物打印的昂貴部分可能包括為病人維護(hù)細(xì)胞庫(kù)，培養(yǎng)細(xì)胞和安全處理生物材料,。

目前器官移植的一些主要成本是 "從捐贈(zèng)者那里獲取器官,，運(yùn)輸成本，然后當(dāng)然是接受者經(jīng)歷的手術(shù),，然后是所有的護(hù)理和監(jiān)控,。"即使是生物打印,，其中一些成本仍然是不可避免的。"