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接線端子細胞當墨水 3D打印器官何時行?

文章出處:未知作者:南京三門灣電器人氣:發表時間:2016

《自然生物科技》雜志近日介紹了一種生物打印機,并證明通過3D打印出來的耳朵組織(右圖),被移植到小鼠體內后能像正常組織一樣存活并生長。這是有史以來第一次3D打印技術被證實有望替代人體器官。3D打印技術面世三十年來,與人們的生活越來越緊密。每年有數以萬計的病患在等待合適的器官移植,設想一下,如果能夠根據需要“打印”人體器官,病人就可以免去漫長的等待時間。
  
  用細胞當“墨水”的生物打印機
  
  雖然“3D打印”不再像剛出現時那么吸引眼球,但這個新興領域時常有好消息傳來。2014年,人們“打印”出軟骨組織;2015年,又成功“打印”出供醫學研究用的腎臟組織。然而,囿于規模、結構和細胞存活時間方面的限制,大部分打印產物只存在于實驗室中,不能真正作為可用的器官進行移植。
  
  不過幾天前,美國維克森林大學的研究團隊在《自然生物科技》雜志上發表論文稱,他們把通過3D打印出的“耳朵”移植到小鼠體內,兩個月后,植入的耳朵保持了形狀,而且還生成了適當的軟骨組織。也就是說,這些從打印機里誕生的組織能夠在生物體內正常存活并生長。
  
  進一步設想,如果這項技術能用在人體上,那醫生就能直接用病人自己的細胞,打印出替代性的人體組織或器官,這將是再生學領域的一大跳躍進步。
  
  這種“生物打印機”工作原理跟普通3D打印機一樣,也是根據模型圖紙一層層“堆”出設計好的形狀,但由于細胞不像塑料那么穩固,如果僅僅是堆起來而不加約束,細胞很容易散開。因此在生物打印過程中,整個結構會被加上一層臨時的聚己內酯化合物,它可以發揮支架的作用,確保移植中結構的穩定。一旦移植完成,這層材料會逐漸降解且不產生毒性。同時,細胞會分泌出一種支持性的基質,維護植入物的形狀。最終,細胞自行重組,不再需要支持性材料。
  
  專家解惑
  
  打印3D器官誤差風險依然存在
  
  北京工業大學激光工程學院陳繼民教授表示,目前的醫療行業應用到3D打印技術的僅僅是“皮毛”。“除了用于術前指導,比較常見的還有在骨折治療中訂制個性化鋼板。但這并不能起到避免排異的效果,只能讓鋼板形狀更匹配,更便于固定。人體組織、器官的3D打印技術應用,還在基礎研究階段。”
  
  陳繼民指出,3D打印器官,就算細胞外面用聚己內酯化合物裹起來做支撐固定,但還是無法保證將3D打印器官放置人體后,它能長時間緊緊黏合在一起。再加上,人體真正的器官是非常復雜的,打印出來的細胞盡管能夠融合在一起,但并不意味著它們就能發揮功效。
  
  此外,陳教授提醒說,目前還沒有哪一種軟件強大到可以建立非常詳細的器官模型,以供研究人員打印3D器官前做參考,這其中的誤差和風險也是需要考慮的。
  
  人體系統很復雜3D器官有局限
  
  人體器官打印面臨的另一個問題是,如何在這些組織的內部設計“空腔”—聚己內酯固然可以使得細胞有序地堆疊在一起,但如果沒有內部的空腔,這些細胞便活不了多久。
  
  在正常組織中,血管會交織在器官內部輸送養分,可許多打印出來的組織缺乏血管,移植后難以長期存活,自然不能撐到與移植受體“融為一體”。因此,給3D打印的組織留出供血管穿過的空間是極為重要的。
  
  美國維克森林大學的團隊則利用水凝膠解決了這一問題,設置了可供血管伸展和發育的“空腔”。
  
  即使如此,中國3D打印技術產業聯盟副理事長周功耀對打印器官仍持謹慎態度。他告訴記者,3D打印的部分器官在已知科學范疇內沒有問題,但生物技術領域還有很多人類沒能掌握、沒有探究到的信息。即使人工器官在體外功能正常,一旦植入體內,是否能運作、是否產生毒素,以及有哪些副作用目前都不得而知。
  
  “人體系統非常復雜,萬不得已,不能用有限技術制成的器官去對接無限復雜的人體系統。生命是第一大事,這也是3D生物打印發展的第一大困難。目前3D打印耳朵、膀胱和心臟等都只存在實驗室里,在植入人體前還要做大量實驗、積累并分析大量數據,繼續不斷改進,要做的事情還有很多。”
  
  3D打印之父PK醫學專家
  
  3D打印器官是高端消費?
  
  到目前為止,在3D打印器面,出現了很多“半成功”案例,它們大多數無法正常工作,或者僅僅只能存活幾天時間。
  
  比如,美國生物科技公司Organovo曾打印出一種能夠正常使用的微型人體肝臟,但它僅僅存活了40天時間。路易斯維爾大學研究人員也在去年4月打印出了心臟瓣膜和小靜脈,他們希望在未來能夠使用病人的細胞打印出一顆可以正常跳動的心臟。
  
  對于3D生物打印的前景,中國工程院院士、被譽為中國“3D打印之父”的盧秉恒認為,預計5~10年內,我國即可使用3D技術打印包括臟器在內的人體活體器官。
  
  盧秉恒介紹道,在醫療領域,3D打印目前已能夠定制骨骼,方便醫生在手術前反復練手。此外,還有醫生將3D打印應用于癌癥的靶向治療,打印癌癥病變部位后反復模擬,最終使用穿刺技術將藥物精準送達病灶。也許在未來,用臺式掃描儀評估病人傷口后,就可以直接在病人傷口處打印人體組織。
  
  至于3D生物打印的費用,北京解放軍總醫院骨科研究所副主任彭江表示,如果二三十年后,3D打印器官的技術能真正成熟,它也一定是高端消費。“因為整個研發、細胞培養等一系列的成本非常高,當然等到實現規模化生產時,成本會有所降低,但前期投入不可忽視。”彭江說。(來源:東南商報)

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