3D生物打印技術(shù)在全球獲飛速發(fā)展

試想一下，你身上的某個器官或者組織出現(xiàn)了狀況，你正擔(dān)心能否找到稀缺的捐獻(xiàn)器官，這時候，醫(yī)院用3D打印機(jī)列印出了一個全新的器官移植到你體內(nèi)，就像換掉一個機(jī)器上的老舊零件一樣簡單…

隨著科技的發(fā)展，很多以前天馬行空般出現(xiàn)在科幻電影中的場景，已不再是天方夜譚，比如3D打印機(jī)的出現(xiàn)，就讓器官再造成為可能。

近年來，3D生物打印技術(shù)在國內(nèi)外獲得飛速發(fā)展，運用3D打印技術(shù)打印出來的手術(shù)模型已經(jīng)開始在一些醫(yī)院廣泛運用。而用3D生物打印機(jī)打印出可與人體兼容的體內(nèi)植入物，甚至用細(xì)胞作為“墨汁”打印出器官的技術(shù)也不斷取得突破。

2016年年底，廣州婦兒醫(yī)療中心就接到過一名“皮埃爾羅賓綜合征”患者，這是一種先天頜骨畸形導(dǎo)致的罕見疾病，孩子往往很難喂養(yǎng)，嚴(yán)重的可致人死亡，所以手術(shù)迫在眉睫。

做這種手術(shù)需要切開病人骨頭，然后把它拉伸，讓其回到正常的位置，在哪里切開(截骨的位置)，需要拉到什么程度(角度和距離)都有精確的要求，可謂“差之毫厘，謬以千里”。

為了提高手術(shù)效果，醫(yī)生用生物3D打印技術(shù)制作出了患者的頜骨模型，有效提高了手術(shù)效率和手術(shù)精度。

研究表明，3D生物打印的應(yīng)用主要有三個階段：體外手術(shù)模型、打印可用于植入人體的類器官和組織以及利用細(xì)胞打印出活性器官和組織。前兩個階段目前都已實現(xiàn)，也是應(yīng)用最多的階段，而利用細(xì)胞列印出活性器官和組織目前是難度最大的。

為什么要這樣說呢?

因為3D打印活體器官是最具挑戰(zhàn)意義的，從技術(shù)層面來講，至少需要克服三個挑戰(zhàn)：

1、需要解決打印過程中細(xì)胞能否存活、能否發(fā)育、能否變異甚至腫瘤化的問題。

2、3D生物打印機(jī)必須滿足生物仿生對制造精度、準(zhǔn)確性的極高要求。

3、組織及器官是由多材料及多細(xì)胞組成的非均質(zhì)體系，對制造學(xué)要求也極高。

目前，科研人員正在加緊攻克技術(shù)難題。捷諾飛生物科技有限公司董事長、杭州電子科技大學(xué)的徐銘恩團(tuán)隊自主研發(fā)出一臺生物材料3D打印機(jī)Regenovo，已在這臺打印機(jī)上成功打印出較小比例的人類耳朵軟骨組織、肝臟單元，打印的細(xì)胞存活率高達(dá)90%以上，可存活4個月。

2016年年底，四川大學(xué)華西醫(yī)院研究團(tuán)隊還利用取自恒河猴自體的脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞制備成3D生物打印墨汁，應(yīng)用自主研發(fā)的3D生物血管打印設(shè)備構(gòu)建出具有生物活性的人工血管，并將其置換恒河猴體內(nèi)一段腹主動脈，實現(xiàn)血管再生。

在國外，3D生物打印研究重鎮(zhèn)美國韋克福雷斯特大學(xué)團(tuán)隊曾在2006年成功利用細(xì)胞擴(kuò)增技術(shù)在體外培植膀胱。2016年2月，該大學(xué)的研究團(tuán)隊利用新開發(fā)的3D生物打印系統(tǒng)打印出人造耳朵、骨頭和肌肉組織，移植到動物身上后都能保持活性。

而徐韜的團(tuán)隊，也用心肌細(xì)胞和生物材料模擬打印了動物心臟，發(fā)現(xiàn)打印出的心臟還能有節(jié)奏地跳動，提示其具備一定的功能;將羊水中提取出來的干細(xì)胞進(jìn)行3D打印，并加入骨系分化因子，獲得了活性骨組織。

雖然如此，實驗室成功不等于產(chǎn)業(yè)化成功。醫(yī)療產(chǎn)品不像其他東西，必須得保證安全性、有效性，還需要大量的實驗驗證。據(jù)估算，一個不含細(xì)胞的用于組織修復(fù)的3D打印產(chǎn)品從研發(fā)到上市，大致需要5年到6年時間。

3D打印器官還面臨一個重要的難題是，現(xiàn)在大多數(shù)組織或器官是通過“細(xì)胞+粘合劑”混合打印的，但現(xiàn)在無法長時間粘合在一起，且它是否能在人體內(nèi)順利發(fā)揮功效，還有待考察。而血管和器官組織相比，體積細(xì)微且長，呈中空狀，還需要承擔(dān)運輸營養(yǎng)及血液的重任，因此打印難度更是加大了不少。

目前，國內(nèi)外3D打印出的類組織，只是組織結(jié)構(gòu)相似，不具備組織的功能，因為即使是看起來簡單的組織，人工再造也面臨著巨大挑戰(zhàn)。就拿皮膚來說，看起來薄薄的一層，但其功能很多，除了保護(hù)身體功能之外，還有感覺、調(diào)溫、出汗等功能，如果打印出來的皮膚不具備這些功能也是不行的。

總體來看，3D打印的器官安全與否是最需要考慮的問題，試想，不經(jīng)過國家食品藥品監(jiān)督管理總局(CFDA)批準(zhǔn)的3D打印器官組織，就算被成功打印出來，又有哪家醫(yī)院敢用呢?