也許有一天你可以打印自己的心臟

從世界上第一臺商用3D打印機的誕生到現在已經過了30年，3D打印逐漸走入尋常百姓家。早期的3D打印機只能夠利用塑料作為“墨水”，而現在，“墨水”的材料早就大大地擴展了—金屬、陶瓷、甚至細胞都可以被注入“墨盒”進行操作。

利用生物細胞進行打印的3D生物打印技術是一個充滿了希望和夢想的領域。得了心臟病？沒關系，用自己的細胞再打印出一個新的心臟……雖然聽起來有些天馬行空，但人類對于生命的探索哪次不是充滿挑戰？

首先要明確一個基本概念。無論是技術層面還是最終目標，3D生物打印和傳統3D打印有嚴格的區別。雖然借用了相同的原理，但3D生物打印要做到更精確地控制生物材料（生物細胞、生長因子等）在整體3D結構中的位置、組合、互相作用，還要保持它們的生物活性，并要實現與目標組織或器官接近、相同，甚至更優越的功能。因此，3D生物打印是一個集醫學、工程學、電子學、生物學于一體，非常交叉和融合的學科。

比如說，普通3D打印是將原材料一層一層“壘”成設定好的形狀，但細胞可不像塑料那么聽話，如果只是堆砌而不加約束的話，它們將會肆意生長（后果有點可怕）。于是，在生物打印過程中，一種叫做聚己內酯的化合物成為解決這一問題的關鍵。它可以發揮支架的作用，承載細胞維持器官或組織的形狀，在隨后的數年中逐漸生物降解，不留痕跡。

要打印器官或組織，則需要面臨另一個問題：如何在這些組織的內部設計“空腔”—聚己內酯雖然可以使得細胞有序堆疊，但如果沒有內部的空腔，這些細胞便活不了多久。如果希望3D打印出來的組織能夠長久的存活，必須留出供血管穿過的空間。這個時候就需要水凝膠了。這種物質會充填在細胞與細胞之間，當細胞形成穩定的結構后，它們就會被降解代謝。這樣，原先它們存在的位置，就形成了可供血管伸展和發育的“空腔”。

早在2003年，科學家便將噴墨打印機墨盒里的墨汁換成裝有細胞的水凝膠，首次實現了活細胞圖案的打印。隨后10多年間，生物打印技術一直在發展，從打印方式到打印材料，都有了巨大改進。2009年，第一臺3D生物打印機的原型機問世，隨后被《時代周刊》評為2010年50項最佳發明之一。

從理論上講，生物打印的第一個突破口是皮膚、血管，然后是軟骨以及骨骼，最終則是具備完整功能性的器官。說白了，就是通過3D打印，直接在人體外制造器官，比如生產出腎臟、肝臟，甚至心臟等等。

皮膚的打印早已有成功案例。由于生物打印能制備任意形狀的人造組織和器官，更能對人體損傷部位進行有針對性的重建，與傷口處實現無縫對接。這一技術在修復創傷皮膚領域有特別顯著的效果。

另外有一點必須要重視的是，大部分人體組織和器官都是有血管系統的，需要得到足夠的供血才能保持生物活性。如果沒有相應的血管系統，即使能制造器官也不能長時間存活。因此，能否打印出有血管系統的組織器官，并且能融合于人體整個血液循環系統，是一個相當大的挑戰和難題。

四川大學華西醫院再生醫學研究中心曾經成功地將打印出的血管植入恒河猴體內，也代表了中國3D生物打印技術的前沿。在這項實驗中，3D打印機用干細胞（干細胞可以分化為機體的任何一種細胞）打印出約2厘米長的血管樣本，然后將這些血管植入30只恒河猴的胸腔中，術后存活率達到100%。植入一個月后，人工血管中的干細胞分化成了天然血管所需的多種細胞。隨著時間推移，最終與恒河猴的原生血管完美相融，變得不可區分。

就在一個多月前，軟骨打印實驗也取得了進展。瑞典的科學家們成功地在小白鼠身上植入了3D打印的人體軟骨細胞，這些細胞在小白鼠體內生長并增殖，60天之后形成了類似于“人類軟骨”的組織，其中還發現了部分干細胞轉化而成的血管。

3D生物打印的最終目的是為了解決移植器官來源有限的問題，我們距離人造器官的目標還有多遠呢？澳大利亞悉尼心臟研究所開發了一種可以打印心臟組織的生物打印機。這些特定的心臟細胞可以植入患者的心臟，用來修復受損的器官，就像一個有效的“補丁”一樣替換壞死的心臟肌肉。

對于再生醫學來說，能夠使用3D打印產品進行治療是不折不扣的好消息。首先，它的成本并不太高；其次，利用來自受體的細胞培育的組織不具有排異性；加上CT等掃描技術，打印后的植入物可以精準地匹配原有器官，順利地進行替換，從而減輕了植入過程對患者身體帶來的負擔。

在現有的醫療手段中，一個器官的獲取要以另一個人器官的失去為前提，而主動或被動失去的器官數量又遠遠少于需要的器官。3D生物打印機的出現，有可能解決這方面的問題，從而延續病人的生命，無疑是未來一段時間內最值得期待的技術之一。

研發了世界上第一臺3D生物打印機的Organovo公司首席執行官基思·墨菲在接受采訪時說，最終有一天，我們只需輕輕按下按鈕，就能打印出我們所需要的器官。如果真的如他所說，人類長生不老的夢想也許真的就此實現也說不定。