解决了这些问题 3D打印人体器官将迎来广阔的美好时代_医疗器械

2015

05/25

17:04

腾讯数码医疗器械

3D打印机可以打印出巧克力、鞋子、飞机模型等物体，这听起来非常有趣，且充满神秘感。不过，有很多科学家正在从事着一项枯燥、但却对人类有着重大意义的3D打印技术研究：他们通过打印人体器官来挽救人类生命，来改变人的生活。

设想一下，如果我们能够按照需要打印人体器官，病人在接受器官移植手术时，就免去了漫长的时间等待。单在美国，目前就有78,837名病人正在等待器官捐助。自2014年1月以来，仅有3,407名病人成功获得了器官捐赠。尽管3D打印人体器官能够弥补这一空缺，但是，在这一技术领域，我们还处于早期开发阶段。相比塑料玩具打印，3D打印人体器官要复杂的多。

何为3D人体器官打印？

事实上，很早以前，研究人员就已经在实验室里培植人体器官，但是直到上世纪90年代，“生物打印”才突然引起人们的关注。这一切得感谢威克弗里斯特再生医学研究院科学家，他们3D打印出来了人造膀胱。本世纪初，克莱姆森大学生物工程师托马斯·博兰（ThomasBoland ）开始利用喷墨打印机来分离生物“墨水”，并最终打印出3D物体。

2007年，第一家生物打印公司Organovo成立。这家公司打印的肝脏组织样本用于药物测试和研究。该公司希望能够在不远的将来开发出一种能够正常使用的肝脏。

3D人体器官如何操作？

尽管3D人体器官打印和塑料雕像打印之间存在很大差异，但是它们的打印过程是极为相似：两种打印机都包括了一个墨盒和喷头，它们可以喷出“墨水”（生物墨），并且是逐层喷墨。不过，两者之间又存在明显的不同：

我们都知道大多数器官的样子，但是想要打印出适合单个个体的器官，科学家需要对病人进行CT扫描。然后，他们需要通过计算机软件来分析结果，并制出一张“蓝图”，这张蓝图需要对细胞在每层组织中的位置做详细说明。

生物打印机使用的并非是PVC 塑料或者金属，而是人体细胞以及粘合剂（粘合剂是用来将所有组织和细胞结合在一起）。除了使用真正的细胞之外，生物打印机也可以使用干细胞，生物工程材料和其他人体不会排斥的替代物质。比如，2012年，一位83岁的老妇曾成功移植了3D打印的钛颌。2013年，美国一男子头部移植了3D打印的塑料头骨。

一旦样本打印出来后，需要将其放到培养器中，以便细胞能够“融合”，彼此之间能够和谐相处，如同真的器官一样。

最后一点也是当今3D人体器官打印面临的真正难题，它也是目前这项技术无法在全球推广的原因。

如何克服难题?

威克弗里斯特再生医学研究院主管安东尼·阿塔拉（Anthony Atala）表示，这是一个非常复杂的问题，其中最主要的难题就是寻找到可以用来构成人体组织的“材料”，然后让其能够在体外生长。此外，我们还无法将3D打印器官放置人体后，使其能够长时间紧紧粘合在一起。人体真正的器官是非常复杂的，打印出来的细胞尽管能够融合在一起，但并不意味着它们就能够发挥功效。

康奈尔大学生物工程师胡迪·利普森（HodLipson）指出，目前还没哪一种软件强大到可以建立非常详细的器官模型，供研究人员打印3D器官前做参考。

此外，科学家发现，血管的搭建也不是一件简单的事情。器官需要动脉，静脉以及毛细血管来促使血液循环和体内营养的传输。但是，血管都非常的长、且非常细微，呈管状，这样就大大增加了打印的难度。

不过，即便如此，仍有研究人员对此进行过尝试：今年5月，布里格姆妇科研究人员使用了一种分子琼脂糖作为血管模板。

3D打印器官的未来

到目前为止，在3D打印器官方面，也出现了很多“半成功”案例。我们之所以说“半成功”，是因为它们大多数都无法正常工作，或者仅仅只能存活几天时间。

比如，Organovo就打印出了一种能够正常使用的微型人体肝脏，但是它仅仅存活了40天时间。路易斯维尔大学研究人员在今年四月成功打印出了心脏瓣膜和小静脉，他们希望在未来能够使用病人的细胞打印出一颗可以正常跳动的心脏。

利普森表示，目前大约有90%等待器官移植的病人在寻找肝脏。利普森自己也在寻找3D打印肾脏的途径。他在TED讲台上曾展示了一个3D打印器官模型（无法正常使用）。此外，他也阐述了这项技术的未来潜力。

他表示，未来，台式扫描仪在扫描和评估病人伤口后，就可以直接在病人伤口处打印人体组织。但是在这之前，我们需要将生物打印器官和组织先放到实验室进行培育，通过参考准确无误的样本，将其移植到病人身上。

来源：腾讯数码

标签