文·余 輝

　　3D生物列印可起死回生？

　　我們會在每年寒暑假復播的《西遊記》中會看到這樣的景象：觀音菩薩拿著蘸了玉凈瓶甘露的楊柳枝，將露水灑向一個氣息全無的人之後，這個人馬上就會活過來。

　　死亡，是一件任何人最終都將要面對而又無法改變的一件事。那些看起來能夠讓人起死回生的“法力”似乎僅停留在故事裏。但是，科技發展到今天，我們雖不能做到讓死去的生命再次復活，但可以讓垂危的生命得以延續。至少，3D生物列印技術就已經開始改變人類社會了。

　　列印一隻耳朵？

　　用一台印表機製造一隻耳朵，這種只在電影中見到的場景如今已經發生在我們周圍。2016年2月15日，來自美國北卡羅萊納州維克森林大學再生醫學研究所的科學家們稱，他們已經創建了一台可以製造器官、組織和骨骼的3D列印機，而這些通過3D印表機列印出來的器官、組織和骨骼能夠直接植入人體。這一成果已于當日發表在科學雜誌《Nature Biotechnology》上。

　　論文稱，與大多數3D印表機一樣，科學家們此次研發的3D印表機的噴嘴依靠電腦控制，以一種非常精確的模式逐層擠出沉積材料。這些沉積材料最終會硬化，並生成任何想要的對象，不過，與其他3D印表機使用熔融的塑膠或者金屬材料不同的是，這款3D印表機擠出的主要是含有人體細胞的水凝膠。

　　實際上，該3D印表機擁有多個噴嘴，一些擠出水凝膠，還有一些則擠出可生物降解材料，用來給列印出來的組織提供結構和強度支援。當輔助材料溶解和組織在機器中完成孵化時，它就有可能植入人體。研究人員先對人耳、下顎骨、肌肉進行3D掃描，從而創建數字模板，然後列印出一塊耳形的軟骨、一塊肌肉和一塊下頜骨，並把它們植入小鼠體內。

　　3D生物列印的技術原理

　　所謂的3D生物列印，指的是一種以電腦三維模型為基礎，通過軟體分層離散和數控成型的方法，定位裝配生物材料或活細胞，製造人工植入支架、組織器官和醫療輔助等生物醫學産品的3D列印技術。3D生物列印的最終目的是為了解決移植器官來源有限的問題。

　　世界上第一台3D生物印表機的原型機已在2009年底由Organovo公司製造出來，2010年被《時代週刊》評為2010年50項最佳發明之一。

　　3D生物列印技術目前還處於開發的初級階段，通過電腦建模程式來設計需要列印的器官剖面圖，從而精準指導隨後的列印過程。研究者在供列印的液態材料中複合從骨髓、脂肪等組織中提取的幹細胞，或不同的活性因子，通過列印頭將液體按照一定圖案列印在接收平臺上。列印頭每列印一層，就會提升一個層高的刻度，繼而開始下一層圖案的列印，從而逐漸實現人造組織的成型，跟普通3D列印在工業應用中的模型製造過程類似。

　　3D生物印表機可以被置於生物安全櫃中，可進行無菌操作，列印後的組織可以直接被植入患者體內，其中的細胞在生長因子的調控下，重新組合、分化，最終形成新的組織和器官。以皮膚列印過程為例，一般需要經過皮膚樣品三維建模、形成脂肪原型、3D列印皮膚樣品三個步驟才能完成。

　　從理論上講，3D生物印表機可以使用CT等掃描技術，得到患者身體的各個部位精確圖像數據，並在隨後的短時間內列印出相應的組織，由於這些結構來源於病人的身體掃描，因此，列印後的植入物完全可以模擬原有的器官，順利地進行替換，從而減輕了植入過程對患者的身體帶來的負擔。

　　3D生物列印給我們帶來了哪些驚喜？

　　現有的3D生物印表機的研究還處於早期階段，但是發展前景為大家所期待。據澳大利亞Invetech和美國Organovo兩家公司宣稱，3D生物列印技術將在5年內實現對功能性大血管的列印，十年內實現心臟或者肝臟等器官的列印。由此可見，3D生物列印技術的成果可能會給醫療界帶來一場革命。那麼，3D生物列印技術給我們帶來了哪些驚喜呢？

　　1.3D列印腎臟原型

　　美國北卡羅萊納Wake Forest大學Anthony Atala等人使用複合細胞的水凝膠材料，逐層列印，構建出類似于腎臟的結構。從而製造骨骼、耳鼻、膀胱等人體器官，以達到為患者提供量身定做的器官替代品的目的。

　　2.3D列印人耳

　　美國康奈爾大學工程師與醫生們結合3D列印技術以及活性細胞製成的可注射膠造出了與人耳幾乎完全一樣的人工假耳，在外觀與功能上與真耳相差無異，並且在3個月之內，這些耳朵即可長出軟骨，替換掉其中用於定型的膠原。

　　3.3D列印肝臟

　　蘇格蘭科學家率先研製出利用人體細胞列印人造肝臟組織的技術，研究人員研製出了基於瓣膜的細胞列印流程，可以生産特定的細胞種類，容量僅為2nL或每滴小于5個細胞。這一研究結果對醫藥行業意義非常重大，它能把人體對藥物的反應模擬得更加逼真，有助於選出高效的藥物。

　　不過這一技術面臨著很大挑戰就是，怎樣保證研發出更容易操控和更精細的列印噴嘴，以有效保護細胞和組織的生存能力。隨後，研究人員開發了基於瓣膜的雙噴嘴印表機，用於列印高品質的細胞，包括列印首個用於組織再生的胚胎幹細胞。

　　4.3D列印倣生組織

　　英國牛津大學研究出最新3D列印技術，將水和液體分子連接在一起，形成了具有人體細胞功能的“液滴（倣生組織）”。每個液滴是直徑約為50微米的透明空腔，這些列印出的“功能液滴”可用於人體組織，或者作為新方法為人體投遞新藥，相關研究發表在《科學》（Science）雜誌上。

　　我國的突破

　　3D生物列印離我們並不遙遠，不僅在國外大放異彩，在國內也是摸得著看得見的。 據央視報道，我國863計劃之一的3D列印血管已經獲得重大突破，世界首創的3D生物血管印表機由四川藍光英諾生物科技有限公司成功研製。據介紹，該款血管印表機性能先進，僅僅2分鐘便打出10釐米長的血管。3D生物血管列印的核心技術是生物磚（Biosynsphere），生物磚並不是磚塊，也不是方方正正的形狀，而是一種新型的、精準的、具有倣生功能的幹細胞培養體系。

　　有長路要走

　　從全球來看，生物3D列印的前景比較廣闊，目前生物3D列印技術已經在主動脈瓣、種植手術導板、人工下顎等領域得到應用。但是，人體是一個複雜的系統，無數細胞每天在以我們不能充分理解的神秘方式生長、癒合和變化，我們還沒有解碼細胞之間是如何傳遞的，儘管科學研究可以將細胞以完美的形狀放在支架上的正確位置，但是仍然沒有人準確地知道如何“啟動”種子細胞，現有的3D生物列印只是剛剛開了個頭，未來3D生物列印技術的道路還有很長的一段路要走。