3D生物打印:未来器官移植新来源

　　走在技术前沿的3D打印技术

　　生物3D打印以三维设计模型为基础，通过软件分层离散和数控成型的方法，将细胞等生物材料打印出特定形状的组织器官，为器官移植提供定制化器官新来源。

　　3D生物打印技术可让科研人员另辟途径地制造人体替换器官，虽然将其应用于医疗服务领域还需很长一段时间，但是科学家相信随着3D生物打印技术以及再生医学的发展进步，将最终实现人体器官的个性化定制。

　　3D打印技术的原理与普通打印机的基本相同，将装有液体或细胞等“生物材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。2010年，3D生物打印机被《时代周刊》评为2010年50项最佳发明之一。

　　打印出肾脏原型

　　美国北卡罗来纳州温斯顿-塞勒姆市维克森林大学科学家已用一台3D打印机制造出一个肾脏原型。目前他们正用3D打印技术制造出用于培育人体细胞的脚手架，从而制造包括耳朵和鼻子在内、看似真实的面部特征。

　　在另外几个实验室中，科学家正为制造人和猪的心脏、肺、肝脏和肾的体内脚手架寻找方法，他们的最终目标是为患者提供量身定做的器官替代品。维克森林大学的这台打印机没有使用沉积墨，而是用加入细胞混合物的凝胶一样的可生物降解脚手架，逐层构建肾脏。

　　研究负责人安东尼•阿特拉博士正在开拓这项新技术。他通过打印出来的脚手架用捐赠者细胞制造出“硬挺”的阴茎。他对兔子进行的试验显示，这一器官替代品可正常发挥作用。另外，数十名患者植入用他们自己的细胞培育出的实验性膀胱后情况良好。与此同时，十几位患者植入了用他们自己的膀胱组织制造的尿道。但阿特拉认为，还需许多年才能把打印器官应用到患者身上。

　　阿特拉表示，迄今为止植入人体的在实验室培育出来的身体部分只是含有相当简单的结构。肝脏、心脏和肾脏等固体内脏的制造过程更加复杂。但耶鲁大学一所实验室已用细胞替换技术制造出老鼠肺。它们可在这些啮齿动物体内运作一段时间。他们现在正想在实验室内研究猪和人的肺脚手架。

　　打印出具有功能的人耳

　　美国康奈尔大学的工程师与医生成功制造了一个人工假耳，在外观与功能上与真耳并无二样。这一重要的进展给那些患有先天性耳朵畸形，即小耳症的儿童带来了希望。

　　康奈尔大学生物工程学家与威尔康乃尔医学院(Weill Cornell Medical College)的医生组成的研究团队结合3D打印技术以及由活细胞制成的可注射胶造出了与人耳几乎完全一样的假耳。在3个月时间内，这些耳朵即可长出软骨，替换掉其中用于定型的胶原。这一研究成果在线发表在最新的PLOS One杂志上。

　　打印出世界首个人工肝脏组织

　　苏格兰科学家率先研制出利用人体细胞打印人造肝脏组织的技术。研究发现，在生理性更强的3D培养物中成长起来的细胞和2D培养物中的表现截然不同，在此基础上，爱丁堡赫瑞瓦特大学的研究人员研制出了基于瓣膜的细胞打印流程，可以生产特定的细胞种类。这一技术面临的一大挑战是研发更易控和更精细的打印喷嘴，以有效保护细胞和组织的生存能力。

　　Will博士表示：“突破性的新药从开发到面市需要10到15年以及超过10亿美元的投资。3D打印人体器官能把这一时间缩短到10年以下，而成本仅仅是原来的一半。所有的药物都需要进行对肝脏的毒性测试，所以这项技术能造福所有药物。”

　　人造肝脏的研发困难重重，因为它包含了多种不同的细胞种类和复杂的血管结构。研究人员想利用3D打印技术制造出构造相对简单的1毫米迷你肝脏和各

　　打印出人类仿生组织

　　英国牛津大学研究出最新3D打印技术，将水和液体分子连接在一起形成了具有人体细胞功能的“液滴”(仿生组织)，这些打印出“功能液滴”可用于替换受损的人体组织，或者作为新方法为人体投递新药，相关研究发表在《科学》(Science)期刊上。

　　完全人工合成的“液滴”不需要基因组以及其转录表达，从而避免了其它方法在合成人工组织上所遇到的问题，例如干细胞使用。

　　领导这一研究的牛津大学化学系Hagan Bayley教授称：“我们不是尝试合成类似组织的物质，而是希望它能执行组织功能。研究表明，创建的数千个“集合液滴”能利用蛋白孔打印出神经元的信号途径，并能从信号网络的一端向另一端传递电子信号。”

　　每个液滴是直径约为50微米的透明空腔，尽管它的体积约是活细胞的5倍，研究人员有理由相信他们能将其合成得更小。值得肯定的是，在数周内液滴形成的信号网络能保持稳定。