3D打印器官離我們還有多遠(yuǎn),？

3D打印出的耳朵組織

　　每年有數(shù)以萬計(jì)的病患在等待合適的器官移植，設(shè)想一下,，如果我們能夠根據(jù)需要“打印”人體器官,，病人就可以免去漫長的等待時(shí)間。3D打印技術(shù)面世三十年來,，與人們的生活越來越緊密,，如今，我們不僅能用塑料作為“墨水”打印零件,，金屬,、陶瓷甚至人體細(xì)胞都可被注入“墨盒”進(jìn)行操作。近日,，《自然生物科技》雜志介紹了一種生物打印機(jī),，并證明通過3D打印出來的耳朵組織,，被移植到小鼠體內(nèi)后能像正常組織一樣存活并生長。這是有史以來第一次3D打印技術(shù)被證實(shí)有望替代人體器官,。

　　文/廣州日報(bào)記者

　　郭原毓

　　gettyimages供圖

　　用細(xì)胞當(dāng)“墨水”的生物打印機(jī)

　　雖然“3D打印”不再像剛出現(xiàn)時(shí)那么吸引眼球,，但這個(gè)新興領(lǐng)域時(shí)常有好消息傳來。2014年,，人們“打印”出軟骨組織；2015年,，又成功“打印”出供醫(yī)學(xué)研究用的腎臟組織,。然而，囿于規(guī)模,、結(jié)構(gòu)和細(xì)胞存活時(shí)間方面的限制,，大部分這樣的打印產(chǎn)物只存在于實(shí)驗(yàn)室中，不能真正作為可用的器官進(jìn)行移植,。

　　不過幾天前,，美國維克森林大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《自然生物科技》雜志上發(fā)表論文稱，他們把通過3D打印出的“耳朵”移植到小鼠體內(nèi),，兩個(gè)月后,，植入的耳朵保持了形狀，而且還生成了適當(dāng)?shù)能浌墙M織,。也就是說,，這些從打印機(jī)里誕生的組織能夠在生物體內(nèi)正常存活并生長。進(jìn)一步設(shè)想,，如果這項(xiàng)技術(shù)能用在人體上,，那醫(yī)生就能直接用病人自己的細(xì)胞，打印出替代性的人體組織或器官,，這將是再生學(xué)領(lǐng)域的一大跳躍進(jìn)步,。

　　這種“生物打印機(jī)”工作原理跟普通3D打印機(jī)一樣，也是根據(jù)模型圖紙一層層“堆”出設(shè)計(jì)好的形狀,，但由于細(xì)胞不像塑料那么穩(wěn)固,，如果僅僅是堆起來而不加約束，細(xì)胞很容易散開,。因此在生物打印過程中,，整個(gè)結(jié)構(gòu)會(huì)被加上一層臨時(shí)的聚己內(nèi)酯化合物，它可以發(fā)揮支架的作用,，確保移植中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,。一旦移植完成，這層材料會(huì)逐漸降解且不產(chǎn)生毒性,。同時(shí),，細(xì)胞會(huì)分泌出一種支持性的基質(zhì),，維護(hù)植入物的形狀。最終,，細(xì)胞自行重組,，不再需要支持性材料。

　　為了測試打印效果,，研究團(tuán)隊(duì)將3D打印的“耳朵”植入了小白鼠皮下,，兩個(gè)月后，植入的耳朵不僅保持形狀,，還生成了適當(dāng)?shù)能浌墙M織,。而另一部分打印并移植的肌肉組織，僅用了兩周時(shí)間,，就在小白鼠體內(nèi)引起神經(jīng)形成,。這實(shí)在是振奮人心的結(jié)果，對于失去耳朵的患者來說,，如果可以用自己的細(xì)胞打印個(gè)真實(shí)的耳朵,，不僅舒適度要比仿生耳朵好得多，也不會(huì)有排異反應(yīng),。

　　專家解惑：

　　打印3D器官

　誤差風(fēng)險(xiǎn)依然存在

　　北京工業(yè)大學(xué)激光工程學(xué)院陳繼民教授表示,，目前的醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用到3D打印技術(shù)的僅僅是“皮毛”�,！俺�了用于術(shù)前指導(dǎo),，比較常見的還有在骨折治療中訂制個(gè)性化鋼板。但這并不能起到避免排異的效果,，只能讓鋼板形狀更匹配,，更便于固定。人體組織,、器官的3D打印技術(shù)應(yīng)用,，還在基礎(chǔ)研究階段�,！�

　　陳繼民指出,，3D打印器官，就算細(xì)胞外面用聚己內(nèi)酯化合物裹起來做支撐固定,，但還是無法保證將3D打印器官放置人體后,，它能長時(shí)間緊緊黏合在一起。再加上,，人體真正的器官是非常復(fù)雜的,，打印出來的細(xì)胞盡管能夠融合在一起，但并不意味著它們就能發(fā)揮功效。

　　此外,，陳教授提醒說,，目前還沒有哪一種軟件強(qiáng)大到可以建立非常詳細(xì)的器官模型，以供研究人員打印3D器官前做參考,，這其中的誤差和風(fēng)險(xiǎn)也是需要考慮的,。


　人體系統(tǒng)很復(fù)雜 3D器官有局限

　　人體器官打印面臨的另一個(gè)問題是，如何在這些組織的內(nèi)部設(shè)計(jì)“空腔”——聚己內(nèi)酯固然可以使得細(xì)胞有序地堆疊在一起,，但如果沒有內(nèi)部的空腔,，這些細(xì)胞便活不了多久。

　　在正常組織中,，血管會(huì)交織在器官內(nèi)部輸送養(yǎng)分,，可許多打印出來的組織缺乏血管，移植后難以長期存活,，自然不能撐到與移植受體“融為一體”。因此,，給3D打印的組織留出供血管穿過的空間是極為重要的,。

　　美國維克森林大學(xué)的團(tuán)隊(duì)利用水凝膠解決了這一問題——這些水凝膠結(jié)構(gòu)能夠以固體的形態(tài)作為支架的作用，當(dāng)細(xì)胞形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后,，它們就會(huì)被降解代謝,，原先它們存在的位置，就成了可供血管伸展和發(fā)育的“空腔”,。利用這一思路,，原本因營養(yǎng)物質(zhì)輸送問題而受限的打印組織大小問題也得以克服了。

　　即使如此,，中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長周功耀對打印器官仍持謹(jǐn)慎態(tài)度,，他告訴記者，3D打印的部分器官在已知科學(xué)范疇內(nèi)沒有問題,，但生物技術(shù)領(lǐng)域還有很多人類沒能掌握,、沒有探究到的信息。即使人工器官在體外功能正常,，一旦植入體內(nèi),，是否能運(yùn)作、是否產(chǎn)生毒素,，以及有哪些副作用目前都不得而知,。

　　“人體系統(tǒng)非常復(fù)雜，萬不得已,，不能用有限技術(shù)制成的器官去對接無限復(fù)雜的人體系統(tǒng),。生命是第一大事，這也是3D生物打印發(fā)展的第一大困難。目前3D打印耳朵,、膀胱和心臟等都只存在實(shí)驗(yàn)室里,，在植入人體前還要做大量實(shí)驗(yàn)、積累并分析大量數(shù)據(jù),，繼續(xù)不斷改進(jìn),，要做的事情還有很多�,！敝芄σ�說,，“但3D生物打印的一些前瞻性研究和個(gè)體實(shí)例出現(xiàn)是好事，將最終促成技術(shù)和產(chǎn)品的成熟,�,！�

　　3D打印之父PK醫(yī)學(xué)專家

　　3D器官是高端消費(fèi)？

　　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)無法正常工作,，或者僅僅只能存活幾天時(shí)間。

　　比如,，美國生物科技公司Organovo曾打印出一種能夠正常使用的微型人體肝臟,，但它僅僅存活了40天時(shí)間。路易斯維爾大學(xué)研究人員也在去年4月打印出了心臟瓣膜和小靜脈,，他們希望在未來能夠使用病人的細(xì)胞打印出一顆可以正常跳動(dòng)的心臟,。

　　對于3D生物打印的前景，中國工程院院士,、被譽(yù)為中國“3D打印之父”的盧秉恒認(rèn)為,，預(yù)計(jì)5~10年內(nèi)，我國即可使用3D技術(shù)打印包括臟器在內(nèi)的人體活體器官,。

　　盧秉恒介紹道,，在醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印目前已能夠定制骨骼,，方便醫(yī)生在手術(shù)前反復(fù)練手,。此外，還有醫(yī)生將3D打印應(yīng)用于癌癥的靶向治療,，打印癌癥病變部位后反復(fù)模擬,，最終使用穿刺技術(shù)將藥物精準(zhǔn)送達(dá)病灶。也許在未來,，用臺(tái)式掃描儀評估病人傷口后,，就可以直接在病人傷口處打印人體組織,。

　　至于3D生物打印的費(fèi)用，北京解放軍總醫(yī)院骨科研究所副主任彭江表示,，如果二三十年后,，3D打印器官的技術(shù)能真正成熟，它也一定是高端消費(fèi),�,！耙�?yàn)檎麄�(gè)研發(fā)、細(xì)胞培養(yǎng)等一系列的成本非常高,，當(dāng)然等到實(shí)現(xiàn)規(guī)�,；�生產(chǎn)時(shí)，成本會(huì)有所降低,，但前期投入不可忽視,。”彭江說,。

　　3D打印流程：

　　“設(shè)計(jì)藍(lán)圖”必不可少

　　3D人體器官打印和塑料雕像打印之間的原理極為相似：都一個(gè)墨盒和噴頭,，它們可以噴出“墨水”，并且逐層噴墨,。不過,，兩者之間又有明顯不同。

　　我們都知道大多數(shù)器官的樣子,，但是想要打印出適合某個(gè)個(gè)體的器官，需要先對病人進(jìn)行CT掃描,，然后制出一張“設(shè)計(jì)藍(lán)圖”,，對細(xì)胞在每層組織中的位置做詳細(xì)說明。

　　生物打印機(jī)使用的材料并非是PVC塑料或金屬,，而是人體細(xì)胞以及黏合劑,。除了使用真正的細(xì)胞之外，生物打印機(jī)也可以使用干細(xì)胞,、生物工程材料和其他人體不會(huì)排斥的替代物質(zhì),。例如，2012年,，一位83歲的比利時(shí)老太太曾成功移植了3D打印的“鈦下巴”,，2013年，美國一名男子移植了3D打印的“塑料頭骨”,。

　　一旦樣本打印出來后,，需要將其放到培養(yǎng)器中，以便細(xì)胞能夠“融合”,，彼此之間和諧相處,，如同真的器官一樣。這一點(diǎn)也是當(dāng)今3D人體器官打印面臨的真正難題。

陳老師專家一語中的,，器官的復(fù)雜程度遠(yuǎn)超想象，每一個(gè)器官的功能性細(xì)胞都是不一樣的,，你的細(xì)胞耗材品種之多,，保存和醫(yī)療條件之苛刻都可說是天價(jià)的，涉及基因?qū)W,，遺傳學(xué),，細(xì)胞排異等等一些列問題，是不是每個(gè)人的身體都能夠適應(yīng)這種器官,，另外有一個(gè)最可怕的問題就是大腦是絕對無法更換的,，人類是物質(zhì)和精神的統(tǒng)一體，就按唯物論講大腦數(shù)據(jù)如何復(fù)制,？這都是問題,，不要換個(gè)行尸走肉出來
3D打印器官離我們還有多遠(yuǎn)？ 2016-02-27 12:04:26
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