3D打印的醫(yī)學(xué)憧憬：造人體器官

有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,，我國每年150萬器官衰竭患者中,，僅有一萬余人能得到器官移植，更多的人只能在等待配體的過程中病情惡化甚至離世,。如果3D打印能夠解決這項難題,，無疑將成為最受市場關(guān)注的焦點。然而，生物信息處理,、高精度打印機等是目前3D生物打印面臨的最大瓶頸,，解決這一系列難題，尚需時日,。

隨著近年來全球不斷掀起的“3D打印熱”,，先行者們的好奇心已不滿足于打印一些玩具擺件、塑料杯子等常規(guī)物品,，他們將目光投向了想象空間更為廣闊的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,。

盡管3D打印在生物醫(yī)學(xué)市場前景廣闊，但生物數(shù)據(jù)處理,、合適的生物材料,、打印設(shè)備研發(fā)以及打印后的活體組織存活等四大技術(shù)性問題，是當(dāng)前科研工作者面臨的“最難啃的骨頭”,。

北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究院教授陳繼民向記者表示,，3D打印在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用是一個由遠(yuǎn)到近的過程，“樂觀估計還需5~10年才能獲得突破,�,！�

開啟“私人訂制”健康時代

中國工程院院士戴尅戎介紹了這樣一個案例：醫(yī)生通過提取一位患脂肪瘤女孩腿部的CT參數(shù)，將數(shù)據(jù)輸入3D打印機,，并打印出女孩腿部的3D下肢骨骼的3D模型,，最終幫助女孩雙腳直立。

從這項案例能一探3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的端倪,，那么3D生物醫(yī)學(xué)打印的全貌是什么,？

杭州電子科技大學(xué)教授徐銘恩對此解釋到，3D生物打印是以三維設(shè)計模型為基礎(chǔ),，通過軟件分離分層離散和數(shù)控成型的方法,，用3D打印的方法成型生物材料，特別是細(xì)胞等材料,。此項技術(shù)可用來制造人工的組織,，人工的器官、各種假肢,、手術(shù)導(dǎo)板等一系列材料,。

簡言之，3D打印在臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用,，一方面是通過患者病變部位掃描成像,，利用3D打印機將二維圖像打印成3D模型，讓病人和醫(yī)生更為直觀地觀察與溝通,，并根據(jù)模型反應(yīng)的實際情況量身定做手術(shù)方案,，保證手術(shù)精度,；另一方面，通過3D模型,，用特殊的生物“墨汁”打印活體細(xì)胞,，在體外培育仿生器官及活體組織，再植入人體內(nèi),。

戴尅戎告訴記者,，“由于一般常規(guī)的假體都是標(biāo)準(zhǔn)型號，3D打印不僅能制定出最適合病人的手術(shù)方案,，也能為病人安裝上最合適的假體,�,！�

在個性化消費的浪潮中,，個體化健康方案無疑是一個大趨勢。美國毒理研究院院士,、藍(lán)光3D生物打印研究院院長康裕建認(rèn)為,，臨床醫(yī)學(xué)引入3D打印技術(shù)，開啟了“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”,、“訂制健康”的時代,。

盡管3D打印在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用屬于起步階段，但短短數(shù)年發(fā)展至今已有不少令人嘆為觀止的成果,。除了義肢,、假牙、骨骼支架等沒有生命特征的產(chǎn)品,，科學(xué)家們已開始著手研究具有活性的人體細(xì)胞組織和器官,，抑或在將來大面積填補器官移植的缺口。

陳繼民表示,，3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,，是一個由遠(yuǎn)到近的過程，“離人體越遠(yuǎn)的,，如義肢,、骨骼關(guān)節(jié)，已經(jīng)比較普及了,。反之,，離人體越近的應(yīng)用，如組織修復(fù)和體內(nèi)器官移植,，樂觀估計還需5~10年才能獲得突破,。”

尚存多項難題待解

3D生物醫(yī)學(xué)打印,，吸引的不只是科學(xué)家及狂熱者,，更博得了各路資本的青睞。據(jù)了解，國內(nèi)一些公司如先臨三維,、藍(lán)光發(fā)展和光韻達(dá)等,，均先后開始涉足3D生物醫(yī)學(xué)打印這一藍(lán)海。市場研究機構(gòu)LuxResearch預(yù)測,，3D打印技術(shù)在醫(yī)療市場將于2025年達(dá)到19億美元的規(guī)模,。

不過，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,，3D生物領(lǐng)域真正發(fā)展成為產(chǎn)業(yè)化還為時尚早,。

康裕建認(rèn)為，生物信息處理,、生物墨汁研發(fā),、高精度打印機以及打印后處理是目前3D生物打印面臨的最大瓶頸。

在康裕建看來,，在打印一個生物假體之前,，要了解它的全部信息，并根據(jù)掌握的信息進行二維到三維的轉(zhuǎn)化,。一些復(fù)雜的器官,，如心臟、肝臟等,，由于血管,、細(xì)胞等組織分布密集，在沒有完全獲得此類臟器的信息打印出來的仿生品,，發(fā)揮不出功效,。

同時，打印所需的材料——“生物墨水”的研發(fā)難度仍較高,。主要表現(xiàn)在細(xì)胞間如何作用,，怎么排列，如何控制其所處的微環(huán)境,。

除了上述提到的技術(shù)性難題,，3D生物打印還面臨政策空擋和倫理問題。

加大投入基礎(chǔ)研究

雖然3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，的確能把許多不可能變成可能,，但令人遺憾的是，國內(nèi)外尚無有效手段破解前述提及的若干瓶頸,。且人體組織的復(fù)雜性也讓3D生物醫(yī)學(xué)打印在短期內(nèi)還無法進行大規(guī)模應(yīng)用,。

陳繼民表示，現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)水平尚不能完全將人體器官分析透徹,，“科研工作者應(yīng)投入更多精力到基礎(chǔ)研究,，掌握豐富的生物信息后,，才能使3D打印更進一步發(fā)展�,！�
康裕建則建議,，從事3D生物打印的公司應(yīng)建立相關(guān)的IT部門，專注于對生物信息,、數(shù)據(jù)的采集,、分析和轉(zhuǎn)化。

據(jù)了解,，目前3D生物醫(yī)學(xué)打印的工作原理為分層堆疊,，液態(tài)材料、粉末材料,、金屬材料通過噴嘴噴出后再層層固化,，最后形成三維物體。

另外,，器官打印的過程原則上會對生物細(xì)胞的活性造成一定的損傷,，這需要通過一些特殊的設(shè)計和處理,，才能保存其較高的活性,。并且，控制好細(xì)胞所處的微環(huán)境,，需要足夠的細(xì)胞培養(yǎng)液予以供給,。陳繼民指出，“要想達(dá)到快速成型又保持活性,，以現(xiàn)有的生物材料而言,，解決這一難題還需要時間�,！�

對于打印后的活體處理問題,，陳繼民認(rèn)為，現(xiàn)在雖然能實現(xiàn)仿生器官表面的細(xì)胞具有一定活性,，但如何進入具有一定厚度的器官內(nèi)部,，并將營養(yǎng)輸送進去，使其從死體變成活體,，則是目前科研工作者攻克的方向,，“目前研究人員已經(jīng)在嘗試將密密麻麻的毛細(xì)血管打印出來并分布到器官的各個角落。

值得一提的是,，徐銘恩及其團隊已成功通過3D生物打印技術(shù)打印出人類肝臟單元,、脂肪組織等。打印出的細(xì)胞存活率達(dá)90%,，能夠存活四個月,。