3D打印機『織』出人體器官

3D打印機『織』出人體器官

▲研究人員進行3D生物打印血管體內植入實驗(圖/搜狐新聞)

試想一下，假如你身上的某個器官或組織出現了狀況，你正擔心能否找到稀缺的捐獻器官，這時醫院用3D生物打印機打印出一個全新的器官，并移植到你的體內，就像換掉機器上一個老舊零件般簡單……近日，美國的一家公司就開發出了全球第一款人類組織3D打印機器人“BioAssembly-Bot”，不僅能制造生物醫學材料，甚至還可以制造人類器官。

借助科技的發展，原本以前只能出現在科幻電影中的場景，也許不再是天方夜譚。

3D生物打印技術分四個層次

河北科技大學機械工程學院副院長楊光教授介紹，3D生物打印就是一種以計算機三維模型為基礎，通過軟件分層離散和逐層數控成型的方法，定位裝配各類可用于生物體的材料或活細胞，制造人工植入支架、組織器官等生物醫學產品。

和常規的3D打印技術不同，目前最前沿的3D生物打印是一種跨學科、跨領域的新型再生醫學工程技術。

“3D生物打印人體器官是生物3D打印的最高層次。”楊光解釋道，3D生物打印在材料、方式和目標等方面與一般物品的3D打印都有顯著區別。它要求最終產物能生長并植入生命體，所采用的材料是用來作為細胞生長支架的水凝膠和各類生長細胞，打印方式也比較少。

“根據打印材料、生物學性能和應用情況，3D生物打印技術可分為四個層次，而離人體越近，應用難度越大。”楊光表示。

第一層次是體外應用，也就是如手術導板和外固定物這類體外模型、輔具的打印，它們可用于制造個性化體外器官模型，幫助醫生進行手術規劃、假肢設計等。因無需放置在身體內部，所以這類打印對材料的生物相容性要求不高。

“隨后科學家開始探尋離人體更近一步的第二層次打印技術，即可植入體內的各類器械和假體，使用的材料具有良好的生物相容性。”楊光解釋道，這類打印產物的代表是各種骨替代物、關節、種植體、內固定物等，材料主要有陶瓷、鈦合金等。

第三層次打印的是可降解的植入物，材料具有優良的生物相容性、生物活性，可以降解并被人體吸收，還可幫助細胞、神經等組織生長，目前主要用來制造植入人體內的組織支架。

最接近人體的第四層次則是器官的打印，即直接以活性細胞、蛋白或其他細胞的基質為材料，來打印出仿生的細胞三維結構

部分“活”器官已成功打印

而活體組織、器官的打印需要特殊的材料。“過程很像做蔥油餅，不同的是做蔥油餅需要鋪一層面粉鋪一層蔥鋪一層芝麻，打印組織和器官則是把材料、細胞、生長因子一層一層撒上去，最終變成肝臟、心臟、血管等。”楊光表示，3D生物打印技術具有快速性、準確性及個性化定制的特點，在醫療衛生領域有著廣闊的應用前景，近年來已逐漸成為各國科學家關注的焦點。

僅2016年以來，研究人員已經打印出卵巢、軟骨、血管等“活”器官，有的還在動物身上移植成功。

軟骨是位于關節和脊椎之間的一種柔軟的結締組織，這種組織受到損傷之后很難修復。2016年5月，來自倫敦帝國理工學院的研究人員利用3D生物打印技術打印出一種特定結構，并利用這一結構來促進軟骨細胞在關節內形成和生長。不過該技術仍處在實驗室測試階段，如何通過手術植入人體，還有待進一步研究。

我國在3D生物打印技術領域也沒有落后。2016年12月，中組部首批“千人計劃”國家特聘專家康裕建教授團隊成功實現將3D生物打印的血管植入恒河猴體內。目前該研究團隊已完成30只恒河猴3D生物打印血管體內植入實驗，實驗動物術后存活率為100%。

除此之外，科學家們還3D打印出耳朵、骨頭和肌肉組織，甚至還用心肌細胞和生物材料模擬打印出了動物心臟。

前景雖好但不能任意使用

體，使其在接近人體內的三維環境里生長。

國家食品藥品監督管理總局注冊認證的3D打印人工椎體研究團隊負責人、北京大學第三醫院骨科主任劉忠軍等專家認為，3D打印在現階段屬于新興技術，目前世界各國在3D打印醫療科技創新產品的研發領域處于同一平臺高度。

3D打印作為一個跨學科的新興領域，在醫療上的應用不僅涉及醫學，還可能涉及化學、物理、計算機、自動化等學科，目前還需要更充分地融合。到目前為止，在3D打印器官方面，出現了很多“半成功”案例。之所以說“半成功”，是因為它們大多數無法正常工作，或者僅僅只能存活幾天時間。

3D打印技術在醫療領域的初步應用已顛覆了人們對現有醫療的認識，不少國家也投入大量人力物力發展該技術在醫療領域的應用，但醫療安全不可忽視。目前3D打印產品主要為應用于人體或長期植入人體的輔助工具，打印材料有塑料類、金屬類及生物材料等多種，一旦應用失當，可能危及患者生命，造成醫療事故。北京工業大學激光工程學院教授陳繼民表示，目前的醫療行業應用到3D打印的僅僅是“皮毛”，誤差風險依然存在。中國工程院院士戴尅戎說：“3D打印應用于醫學還只是開始，在發展過程中要非常小心，做好監管工作，不能輕易打印出個東西就往身上裝。3D打印的前景無比美好，但我們不能任意使用。”

此外，多位業內專家提出，3D打印科技創新產品制作工藝較新，目前尚缺乏相應評估標準，傳統評審模式難以對其作出科學、客觀、合理的評價，這些因素使3D打印醫療科技創新產品在審批過程中遇到嚴重阻礙。有專家提出，要成立專門機構，審批3D打印醫療科技創新產品。（據河北日報、北京日報）

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