放入特殊生物噴墨 打印出來活的3D器官組織
徐銘恩教授研制出生物3D打印機。
生物3D打印機制作出的腎臟組織
浙江在線08月07日訊放入生物噴墨，就可打印出活的器官組織。
最近，杭州電子科技大學生物制藥研究中心負責人徐銘恩，及其團隊最新研發出這樣一款“利器”——中國首款生物3D打印機。
7年的準備、1年的研發，徐銘恩團隊的研發成果超越了德國的生物3D打印機。去年，國際頂級期刊Biomaterials將這款3D打印研究評價為其領域的最高水平。
那么，這款生物打印機究竟“高”在何處？它又有何用？昨天，記者走入杭州電子科技大學生物制藥研究中心實驗室，一探究竟。
3D的器官組織，怎么打印
實驗室內，生物3D打印機正在打印肝小葉(肝組織)。“打印一個，大概需40分鐘至1小時的時間。”徐銘恩介紹。
3D的器官組織怎么打印？噴頭每來回運作一次，肝小葉就增厚一點。原來，它是一層層地打印，這么一個肝小葉大概需要打120層。
其實，每一層的打印路徑都有講究。“這款生物3D打印機，打印之前可先分層預覽，確定每層的速度溫度等，確定最佳的打印路徑。不過，分層控制還不夠智能，有時需要手動。這個，還需要改進。”徐銘恩解釋。
打印槽的四周，均是0℃的環境，適宜細胞的存活。“這是一個由獨立固態制冷單元和傳熱管網形成的溫控設計，德國的3D打印機只有底板能保持低溫，而我們的整個打印腔和噴頭都能控制在低溫。細胞只有在低溫之下，才能在打印過程中保持高存活率。”
但僅僅0℃，還不足以保證打印出來的肝小葉存活并生長出細胞。“細胞很柔軟，可打印需要擠壓，我很好奇，這個噴頭到底怎么做到細胞存活的？”浙江大學醫學部基礎醫學系教授李繼承疑問道。
“特殊的打印噴頭設計和材料固化技術，可以將細胞在打印過程中的成活率提高到90%以上。”徐銘恩表示。噴頭溫度可從-5℃跨越至260℃。“這可以打印更多種的材料，也可以保證細胞在打印過程中的存活。”徐銘恩進一步解釋。
此外，整個打印過程都是密封無菌的狀態。而這，也是德國生物3D打印機所沒有的。一旦染菌，打印出來的組織也就成了“廢物”，無法使用。
打印出復雜的細胞甚至器官，是未來的方向
不過，最關鍵的，還在于，噴出來的“油墨”。噴墨的質量，直接決定了打印出來的組織是否能用于器官修復及藥物實驗。
這款噴墨的材料之一是“水凝膠”，由多種材料經一定比例調制后形成。這種水凝膠，與人體生長環境相似。水凝膠再與提取的細胞混合，就形成最終的生物噴墨。 “需要打印哪款組織，就混合哪種器官上的細胞。”徐銘恩表示。
一旁盛了酒精的容器里，還放著迷你型的人臉、鼻子和耳朵。“剛打印出來的組織很軟，通常需要放入交聯劑固化后，再放入培養箱中培養。”杭州電子科技大學生物醫學工程研究生趙占盈說。
培養時，細胞會否自然生長在打印出來的組織支架上呢？徐銘恩帶小組成員做過這樣一個實驗：打印出來的骨支架放入大白鼠體中，2周后，可見肉芽和血管長入支架的大孔內。而這，將可用于臨床的骨缺損修復。
器官組織能夠通過這一款生物打印機產生，固然讓人眼前一亮。不過，“對于臨床醫生來說，手術中最缺的是器官來源。我們最期待的，還是能否打印出器官，移植到人身上？”解放軍第117醫院呼吸內科主任陳清勇說。
其實，這也是生物3D打印機被期待的一個重要原因。不過，打印出復雜的細胞、甚至器官，還有很長的路要走。
不僅如此，生物3D打印機還可用于藥物開發。
2010年，美國研究制藥工業協會會員公司新藥研發投入674億美元。而輝瑞(全球最大的生物制藥公司)光是在創新藥品研發上，就共投入94億美元。一款新藥的研發，平均需要8億美元，費時10年。
為何費時費錢呢？就因為，實驗的介質是動物，與人體差異很大。但是，如果打印出人體的器官組織，就可最直接的進行在其上進行藥物篩選。
此外，還可用于醫療輔具。比如，肝移植手術很復雜，打印一個3D肝器官(非活體)，手感與活體的肝臟一樣，可用于動刀醫生進行模擬手術，制定更有效的手術方案。
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