擁有了3D生物打印機(jī)，就如同換掉機(jī)器上的老舊零件，我們將無需為尋找稀缺的捐獻(xiàn)器官而擔(dān)心；實(shí)現(xiàn)了人工智能，機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作，面對(duì)可能存在的威脅與挑戰(zhàn)，人類的發(fā)展或許又將迎來新的紀(jì)元；建立了量子通信網(wǎng)絡(luò)，基于量子信息傳輸?shù)母咝Ш徒^對(duì)安全性，更多的將享受到新一代通信技術(shù)可能帶來的新變化……

    隨著科技的發(fā)展，很多以前只能天馬行空般出現(xiàn)在科幻小說和電影中的場(chǎng)景，已不再是天方夜譚。今日起每?jī)芍埽�本刊將向您展示最新的、讓人腦洞大開的前沿科技，探討先鋒科技的產(chǎn)業(yè)生態(tài)以及各類最炫酷的創(chuàng)新產(chǎn)品。

    試想一下，你身上的某個(gè)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(shí)候，醫(yī)院用3D生物打印機(jī)打印出一個(gè)全新的器官移植到你體內(nèi)，就像換掉一個(gè)機(jī)器上的老舊零件一樣簡(jiǎn)單……借助于科技的發(fā)展，這個(gè)以前只能出現(xiàn)在科幻小說和電影中的場(chǎng)景，已經(jīng)不是天方夜譚。

      記者近期采訪發(fā)現(xiàn)，近些年來3D生物打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)外獲得飛速發(fā)展，運(yùn)用該技術(shù)打印出的手術(shù)模型已經(jīng)開始在一些醫(yī)院廣泛運(yùn)用。而用3D生物打印機(jī)打印出可與人體相容的體內(nèi)植入物，甚至用細(xì)胞作為“墨汁”打印出器官和組織的技術(shù)也正不斷取得突破，3D生物打印時(shí)代距離我們已經(jīng)觸手可及。

3D打印組織模型

助醫(yī)生“精準(zhǔn)手術(shù)”

      去年年底，廣州市婦女兒童醫(yī)療中心突然接到了一名來自深圳的小病人小謝。小謝去年12月4日出生，出生半個(gè)月以來，體重不升反降，伴有呼吸和吞咽困難。醫(yī)院口腔外科副主任陳亦陽(yáng)診斷，小謝患有“皮埃爾羅賓綜合征”，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，需要盡快做手術(shù)。

“我們需要切開骨頭，把它拉伸，讓它長(zhǎng)回正常的位置。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’。”陳亦陽(yáng)說。

以往對(duì)這些技術(shù)細(xì)節(jié)醫(yī)生只能夠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，而現(xiàn)在醫(yī)生們有了新的選擇。為了提高手術(shù)效果，陳亦陽(yáng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)系了廣東省一家骨科重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)方用生物3D打印技術(shù)制作出了小謝的頜骨模型，醫(yī)生們?cè)谀Ｐ蜕舷冗M(jìn)行了一次“模擬手術(shù)”。

12月27日，小謝的手術(shù)如期進(jìn)行。由于之前已經(jīng)操練過一次，手術(shù)精度得到極大提高，手術(shù)時(shí)間也大大縮短，以往需要兩個(gè)小時(shí)完成的手術(shù)，壓縮到了不到一個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成。做完手術(shù)之后，小謝睡覺不會(huì)突然憋醒了，吃奶也順暢了，體重正在追趕正常進(jìn)度。小謝的父母放下了心中巨大的石頭，專門給醫(yī)生團(tuán)隊(duì)送來了一面錦旗。

這也是該醫(yī)院將生物3D技術(shù)應(yīng)用于病人的最新案例。據(jù)陳亦陽(yáng)介紹，醫(yī)院是在2013年左右開始嘗試這項(xiàng)新技術(shù)的，最初運(yùn)用于少數(shù)疑難病例的手術(shù)，后來在2015年下半年大規(guī)模推廣，現(xiàn)在以他所在的口腔外科為例，幾乎所有需要?jiǎng)宇M骨手術(shù)的病人都會(huì)運(yùn)用。

“以前我們認(rèn)為只有疑難復(fù)雜病例上才需要使用，但隨著不斷應(yīng)用，3D打印技術(shù)在提高手術(shù)精準(zhǔn)度、便捷度、可預(yù)測(cè)性等方面的優(yōu)勢(shì)越來越顯著。只要我們對(duì)治療效果有更高要求，就可以更加廣泛地使用這項(xiàng)新技術(shù)。”陳亦陽(yáng)說，“如果說之前3D生物打印技術(shù)能幫我們解決能不能做手術(shù)的問題，那現(xiàn)在它已經(jīng)進(jìn)入幫我們讓手術(shù)做得更好、更快的階段。”

3D生物打印體內(nèi)植入物

已初步實(shí)現(xiàn)

清華大學(xué)生物制造中心教授、國(guó)家“千人計(jì)劃”專家徐弢介紹，3D生物打印的應(yīng)用主要有三個(gè)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。

他說，包括廣州市婦女兒童醫(yī)療中心等在內(nèi)的多家國(guó)內(nèi)先進(jìn)醫(yī)院正逐步推廣使用的，即屬于第一類。目前，該技術(shù)還運(yùn)用于神經(jīng)外科及脊柱外科的個(gè)性化手術(shù)模型、假肢等，在復(fù)雜病例的手術(shù)中，有利于術(shù)前規(guī)劃、輔助病人了解病情以及醫(yī)療培訓(xùn)，極大造福了病人。

3D生物打印技術(shù)應(yīng)用的第二個(gè)階段是打印體內(nèi)植入物。“現(xiàn)有的軟組織修復(fù)材料，如動(dòng)物組織、膠原等，會(huì)帶來動(dòng)物疾病傳播、免疫排異、力學(xué)性能弱等問題，而傳統(tǒng)的合成材料，也具有不降解、力學(xué)順應(yīng)性差、組織再生性差等局限。而3D打印在個(gè)性化以及微觀仿生方面具有突出的優(yōu)勢(shì)。”他說。

在這個(gè)階段，利用3D生物打印技術(shù)可以打印出具備良好生物相容性的人體組織，而使用的材料是關(guān)鍵難題。根據(jù)目標(biāo)部位的差異，有些材料要求不降解，成為永久植入物，而部分材料則要求可以降解，跟人體組織相互發(fā)生作用，促進(jìn)組織再生。

以廣州邁普再生醫(yī)學(xué)科技有限公司為例，其開發(fā)出了全球首個(gè)3D打印軟組織修復(fù)可降解產(chǎn)品——睿膜，并成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。該產(chǎn)品在微觀層面上打印出了自體腦膜組織的纖維結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于搭建了有利于細(xì)胞爬行、成長(zhǎng)的支架，對(duì)腦膜損傷患者具有極強(qiáng)的修復(fù)價(jià)值。

據(jù)邁普公司董事長(zhǎng)、國(guó)家“千人計(jì)劃”專家袁玉宇介紹，從宏觀和微觀方面，睿膜都非常接近自體的組織，而且其使用了高分子可吸收材料，可以在自體腦膜再生后降解為二氧化碳和水。該技術(shù)處于全球領(lǐng)先水平，已經(jīng)分別獲得歐盟CE認(rèn)證和中國(guó)CFDA認(rèn)證，在包括英國(guó)劍橋大學(xué)附屬醫(yī)院等在內(nèi)的全球多家頂級(jí)醫(yī)院成功應(yīng)用了數(shù)萬例。

此外，據(jù)媒體報(bào)道，新加坡國(guó)立大學(xué)蘇州研究院已成功打印出了人體半月板支架，并開始進(jìn)入動(dòng)物臨床試驗(yàn)階段。國(guó)際上，2013年，美國(guó)FDA批準(zhǔn)了全球首個(gè)3D生物打印顱骨植入物產(chǎn)品。

什么時(shí)候

我們能用上打印器官？

在前面兩個(gè)發(fā)展階段的基礎(chǔ)上，徐弢表示，利用細(xì)胞打印出活性器官和組織，才是現(xiàn)代意義上的3D生物打印，能夠真正實(shí)現(xiàn)“快速成型”，也將會(huì)是應(yīng)用潛力最大、應(yīng)用范圍最廣的3D生物打印技術(shù)。

徐弢認(rèn)為，從技術(shù)層面，還至少需要克服三個(gè)挑戰(zhàn)。首先，需要解決打印過程中脆弱的細(xì)胞能否存活、能否發(fā)育、會(huì)否變異甚至腫瘤化的問題；其次，3D生物打印機(jī)必須滿足生物仿生對(duì)制造精度及準(zhǔn)確性的極高要求；第三，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(duì)制造學(xué)要求也極高。

目前，科研人員正在加緊攻克難題。捷諾飛生物科技有限公司董事長(zhǎng)、杭州電子科技大學(xué)的徐銘恩團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出一臺(tái)生物材料3D打印機(jī)，已在這臺(tái)打印機(jī)上成功打印出較小比例的人類耳朵軟骨組織、肝臟單元等。

“這臺(tái)名為‘Regenovo’的3D打印機(jī)支持活細(xì)胞打印，打印的細(xì)胞有著高達(dá)90%的存活率，目前打印出來的活細(xì)胞存活時(shí)間最長(zhǎng)為4個(gè)月。”徐銘恩說。

公開報(bào)道還顯示，去年年底，四川大學(xué)華西醫(yī)院等科研團(tuán)隊(duì)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(dòng)脈，實(shí)現(xiàn)血管再生。

在國(guó)外，3D生物打印研究重鎮(zhèn)美國(guó)韋克福雷斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)曾在2006年成功利用細(xì)胞擴(kuò)增技術(shù)在體外培植膀胱。去年2月，該大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)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(dòng)物身上后都能保持活性。

而徐弢的團(tuán)隊(duì)，也用心肌細(xì)胞和生物材料模擬打印了動(dòng)物心臟，發(fā)現(xiàn)打印出的心臟還能有節(jié)奏地跳動(dòng)，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，專家們也提醒，實(shí)驗(yàn)室成功不等于產(chǎn)業(yè)化成功。對(duì)醫(yī)療產(chǎn)品來說，在應(yīng)用于人體之前必須符合國(guó)家法規(guī)，且在安全性、有效性方面符合臨床要求，這需要大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。據(jù)估算，一個(gè)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(shí)間。而含活細(xì)胞的3D打印產(chǎn)品，因尚有諸多技術(shù)難題待突破，還不能估計(jì)上市時(shí)間。

“雖然時(shí)間很長(zhǎng)，但我們不能停止在這方面的創(chuàng)新和研究。相信通過各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业耐�力合作，我們一定能早日�?shí)現(xiàn)人類打印自身器官的科學(xué)夢(mèng)。”徐弢說。

(責(zé)任編輯：admin)

• 王華明：潛心增材科研，也
• 金屬3D打印專家楊永強(qiáng)：為
• Materialise副總裁：3D打
• LPW首席執(zhí)行官Phil Carrol
• 【大國(guó)之材】許小曙：開源
• 《3D打印世界》專訪創(chuàng)想三

• ·觀點(diǎn)：3D打印，緩慢的變革與必然的趨勢(shì)
• ·王華明：潛心增材科研，也不忘堅(jiān)持本科
• ·金屬3D打印專家楊永強(qiáng)：為實(shí)現(xiàn)智造夢(mèng)，
• ·Materialise副總裁：3D打印發(fā)展的三個(gè)
• ·LPW首席執(zhí)行官Phil Carroll：每年能夠
• ·【大國(guó)之材】許小曙：開源加速3D打印產(chǎn)
• ·《3D打印世界》專訪創(chuàng)想三維聯(lián)合創(chuàng)始人
• ·BTV專訪清鋒時(shí)代CEO姚志鋒「他將3D打印