自3D打印技術(shù)踏足生物工程技術(shù)以來，利用3D打印技術(shù)“打印”人體器官似乎變得觸手可及，生物學(xué)家和工程師們已經(jīng)迫不及待地設(shè)計(jì)出3D生物打印機(jī)，躍躍欲試。
3D打印機(jī)真的能“打印”出人體器官？
3D打印機(jī)不用紙或墨，而是通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、激光掃描、材料熔融等技術(shù)，使特定金屬粉或可塑性高的材料熔化，并按電子模型圖的指示一層層疊加“鑄造”起來，最終把電子模型圖變成實(shí)物。
而3D生物打印機(jī)所用的原材料是“生物墨水”，即細(xì)胞。有了合適的細(xì)胞材料后，通過3D生物打印機(jī)，理論上各式各樣的組織就能形成了。
就像弄清楚飛行原理與制造出能上天的宇宙飛船之間的不同一樣，它們之間的差距是巨大的。有學(xué)者認(rèn)為，目前來說，用打印的方法獲得人類器官，還僅僅只是停留在科學(xué)幻想的階段。
盡管打印器官看來遙不可及，人們還是想盡一切辦法去向夢(mèng)想靠攏。
打印耳朵
美國(guó)康奈爾大學(xué)研究人員在《科學(xué)公共圖書館·綜合》上發(fā)表報(bào)告稱，他們利用牛耳細(xì)胞在3D打印機(jī)中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形兒童的器官移植。
研究人員首先利用快速旋轉(zhuǎn)的3D相機(jī)拍攝數(shù)名兒童現(xiàn)有耳朵的三維信息，然后將其輸入計(jì)算機(jī)，3D打印機(jī)會(huì)據(jù)此打印出耳朵模子。
隨后研究人員在模子中注入特殊的膠原蛋白凝膠，這種凝膠含有能生成軟骨的牛耳細(xì)胞。此后數(shù)周內(nèi)，軟骨逐漸增多并取代凝膠。3個(gè)月后，模子內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)具有柔韌性的人造外耳，其功能和外表均與正常人耳相似。
研究人員下一步計(jì)劃利用患者自身的耳朵培育足夠多的軟骨，3D打印人造耳朵并移植。他們認(rèn)為，軟骨可能是最適合3D打印技術(shù)的人體組織，因?yàn)檐浌莾?nèi)部不需要血液就能存活。
打印肝臟
如果說打印耳朵尚且不會(huì)遇到諸多難題，那么打印肝臟在人們看來則顯得更為棘手。
目前，美國(guó)加州生物技術(shù)公司Organovo的研究人員采用3D打印機(jī)制造出深度僅0.5毫米、寬度4毫米的“微型肝臟”。“微型肝臟”雖毫不起眼，但它卻具有真實(shí)肝臟器官的多項(xiàng)主要功能，包括產(chǎn)生運(yùn)輸激素的蛋白質(zhì)，將鹽和藥物送遞至全身。
Organovo公司使用3D打印機(jī)逐層打印了大約20層活細(xì)胞，從而建立了這種微型器官，伴隨著細(xì)胞從血管抵達(dá)肝臟器官，送遞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣。由于打印中增加了血液細(xì)胞，這種3D蜂窩狀組織能夠幸存5天以上。
微型肝臟器官與2D培養(yǎng)細(xì)胞形成很大的反差，后者基于單層或者雙層細(xì)胞，僅能幸存2天，并不具備Organovo公司研制微型肝臟的獨(dú)特功能。目前，這種微型肝臟可以生成白蛋白，以及膽固醇和細(xì)胞色素P450s，后者能在肝臟器官中新陳代謝藥物，是一種具有解毒作用的酶。
微型肝臟器官的真實(shí)結(jié)構(gòu)和功能結(jié)合肝細(xì)胞層和肝星形細(xì)胞層，能夠?qū)τ诟腥炯膊〉难芯慨a(chǎn)生積極影響，也可以監(jiān)控藥物療法。它可以進(jìn)行血液過濾、新陳代謝和輸送藥物，并產(chǎn)生對(duì)于體內(nèi)平衡至關(guān)重要的一些蛋白質(zhì)。
一些家族遺傳疾病通常與缺乏蛋白質(zhì)密切相關(guān)，而蛋白質(zhì)是由肝臟產(chǎn)生的。目前，美國(guó)加州圣地亞哥實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家將打印較大的血管網(wǎng)絡(luò)，用于滋養(yǎng)人類實(shí)際大小的器官組織。
據(jù)悉，Organovo公司采用的3D打印機(jī)具有兩個(gè)打印頭，一個(gè)負(fù)責(zé)打印“腳手架”，另一個(gè)將人類細(xì)胞逐層打印形成器官結(jié)構(gòu)。
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美國(guó)維克森林大學(xué)的科學(xué)家成功利用3D打印技術(shù)打印人體細(xì)胞的生物可降解支架，而后利用支架培育耳朵和鼻子等仿真度極高的面部器官。
利用3D打印技術(shù)培育用于移植的肺以及其他器官是科學(xué)家的終極目標(biāo)。科學(xué)家表示他們?cè)趯?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)道路上正不斷取得進(jìn)步，有望在20年內(nèi)讓患者移植3D打印器官的夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。
目前，維克森林大學(xué)已用一臺(tái)3D打印機(jī)制造出一個(gè)腎臟原型。這臺(tái)打印機(jī)沒有使用沉積墨，而是用加入細(xì)胞混合物的凝膠一樣的可生物降解框架，逐層構(gòu)建腎臟。
首席研究員安東尼·阿塔拉指出，他們需要很多年的努力才能培育出能夠移植到患者體內(nèi)的人造器官。
麻生總醫(yī)院的哈拉德·奧特博士認(rèn)為5~10年內(nèi)有望進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室培育器官的人體試驗(yàn)。匹茲堡大學(xué)麥克格萬再生醫(yī)學(xué)研究所的威廉·瓦格納則指出5~10年可能過于樂觀，15~20年更為現(xiàn)實(shí)一些。一旦人體試驗(yàn)取得成功，患者移植人造器官的夢(mèng)想便最終成為現(xiàn)實(shí)。
