3D打印器官，離我們還有多遠

佚名

“試想一下，當你身上的某個器官出現了問題需要移植更換，而你根本不必為能否找到稀缺的捐獻器官而焦慮，只需輕輕按下按鈕，就能讓3D生物打印機制造出我們所需要的器官……”借助于科技的發展，這個以前只能出現在科幻小說和電影中的場景，已經不是天方夜譚！

何為3D打印

3D打印設想起源于19世紀末的美國，并在20世紀80年代得以發展和推廣。

3D打印機與普通打印機工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。

這項技術現在在不同領域得到了應用。

2013年11月，西安電子科技大學展出3D打印機器人，這是一臺遠程體感控制服務機器人，最主要的功能是照顧老人。很多老人行動不便，有了機器人助手，只要對著攝像頭做出手勢，機器人就能模仿動作去做家務。

2013年12月，西班牙巴塞羅那的自然機器公司向市場推出首款3D食物打印機，該打印機可直接“打印”制作甜品、漢堡、面包、巧克力或意大利面。

2014年10月10日，世界首款3D打印汽車終成現實，這輛由“本地汽車”公司打造的3D打印汽車只有兩個座位，名字叫“斯特拉迪”，它的制作周期為44個小時，并且最高時速可以達到80公里每小時。“斯特拉迪”全身是碳纖維及塑料，利用“3D打印技術”制造而成。據悉，全車只使用了40個零件，且依靠電動能源，充一次電花費3.5小時，可以行駛大約100公里。

2017年2月，美國加州大學洛杉磯分校發布消息稱開發出了一種新的生物墨水，可以通過噴射3D打印技術被制成藥物，而這樣的藥物溶解速率遠高于普通藥物。

如果說3D打印技術帶來了生產制造的變革，那么，將此技術應用于生物領域，則對人類有著非常重大的意義，精準復制各種人體組織、器官和藥物，從膝蓋骨到肝臟，從抗癌藥到DNA……也許有一天人類可以“打印自我”。

何時能用上“打印器官”

如果要問3D打印在醫療行業應用最廣的是什么，那自然就要數肢體和器官打印了。

在人的身體上，可替換度最高的自然當屬肢體、牙齒等。這些部位的主要功用輔助人的行動和生活，功能單一，所以結構也相對簡單。

目前在生活中，3D打印義肢技術已經非常成熟，并得到了廣泛應用。英格蘭一位女童裝上了3D手掌，一位農民工則裝上了一塊頭蓋骨，甚至澳大利亞公司CSIRO可以為病人量身定做鈦制的胸骨和肋骨，從而為其打造一個3D胸腔。

如果說打印肢體、牙齒等是easy級的話，那么，3D打印器官可能就是hard級。

3D打印器官之所以存在困難，是因為其內部有大量的血管，并且各個器官的組織構成也不一樣。比如大腦主要由大量的神經組織構成，要實現對神經組織的打印和培養，目前還是存在較大的技術困難的。

美國一家生物科技公司利用細胞3D打印技術，在細胞培養基座中打印出肝臟所需的細胞組織。

經過在器皿中的培養，就可以生長為正常形狀的肝臟并移植到人體中。只不過，這個肝臟的細胞在經過打印之后會失去活性，變成死細胞。

除了肝臟之外，腎臟、胰臟等器官也在研究當中。研究者們普遍認為，要實現真正功能健全、可移植的3D打印器官，至少還需要10年的時間。一旦這項技術變為現實，其帶來的改變將是革命性的：等待手術的人們將不必因為等不到活體器官而絕望地死去，器官也將成為可以批量生產的商品。對解決活體器官短缺、延長人類壽命，甚至是產生新的器官供應產業鏈，都將帶來積極的影響。

用細胞當“墨水”的生物打印機

雖然“3D打印”不再像剛出現時那么吸引眼球，但這個新興領域時常有好消息傳來。2014年，人們打印出軟骨組織;2015年，又成功打印出供醫學研究用的腎臟組織。然而，囿于規模、結構和細胞存活時間方面的限制，大部分這樣的打印物只存在于實驗室中，不能真正作為可用的器官進行移植。

美國維克森林大學的研究團隊在《自然生物科技》雜志上發表論文稱，他們把通過3D打印出的“耳朵”移植到小鼠體內，兩個月后，植入的耳朵保持了形狀，而且還生成了適當的軟骨組織。

在生物打印過程中，整個結構會被加上一層臨時的聚己內酯化合物，它可以發揮支架的作用，確保移植中結構的穩定。一旦移植完成，這層材料會逐漸降解且不產生毒性。同時，細胞會分泌出一種支持性的基質，維護植入物的形狀。最終，細胞自行重組，不再需要支持性材料。

為了測試打印效果，研究團隊將3D打印的“耳朵”植入了小白鼠皮下，兩個月后，植入的耳朵不僅保持形狀，還生成了適當的軟骨組織。而另一部分打印并移植的肌肉組織，僅用了兩周時間，就在小白鼠體內引起神經形成。這實在是振奮人心的結果，對于失去耳朵的患者來說，如果可以用自己的細胞打印個真實的耳朵，不僅舒適度要比仿生耳朵好得多，也不會有排異反應。

3D器官有局限

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

在正常組織中，血管會交織在器官內部輸送養分，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。

美國維克森林大學的團隊利用水凝膠解決了這一問題——這些水凝膠結構能夠以固體的形態作為支架的作用，當細胞形成穩定結構后，它們就會被降解代謝，原先它們存在的位置，就成了可供血管伸展和發育的“空腔”。利用這一思路，原本因營養物質輸送問題而受限的打印組織大小問題也得以解決了。

即使如此，中國3D打印技術產業聯盟副理事長周功耀對打印器官仍持謹慎態度，他表示，3D打印的部分器官在已知科學范疇內沒有問題，但生物技術領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，是否能運作、是否產生毒素，以及有哪些副作用目前都不得而知。