內(nèi)容摘要: 器官移植拯救了很多人的生命，但這項技術(shù)同時也存在著器官來源不足、排異反應(yīng)難以避免等弊端。我們可以大膽暢想，或許某一天，我們只需要輕輕按下按鈕，就能讓3D生物打印機(jī)制造出我們所需要的器官。

器官移植拯救了很多人的生命，但這項技術(shù)同時也存在著器官來源不足、排異反應(yīng)難以避免等弊端。那么，能否像打印紙張一樣打印器官呢？這看似不可能的事情在科學(xué)家手中卻已經(jīng)初步變成了現(xiàn)實。最近，澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司攜手研制出了全球首臺商業(yè)化3D生物打印機(jī)。

該打印機(jī)就像普通打印機(jī)一樣，只不過普通打印機(jī)的原材料是墨水和紙，而新生物打印機(jī)的原料是人體細(xì)胞。研究人員采用事先提取好的活體，進(jìn)行組合排列，打印出所需要的細(xì)胞，誤差可以控制在20微米以內(nèi)，得到的器官可以顯著降低排異反應(yīng)。這臺3D打印機(jī)一次制造出器官的一層細(xì)胞，對于更為復(fù)雜的器官，打印機(jī)就在一個提前預(yù)備好的支架上排列細(xì)胞。

目前，這種打印機(jī)還處于實驗階段，但研發(fā)人員希望其最終能夠讓人類隨時更換細(xì)胞。#p#副標(biāo)題#e#

  生物打印機(jī)“大小通吃”

據(jù)英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志報道，這臺新款3D生物打印機(jī)由總部位于美國圣迭戈、主要從事可再生醫(yī)藥研發(fā)的Organovo公司以及總部位于澳大利亞墨爾本的工程和自動化公司Invetech攜手研發(fā)而成，其“身價”為20萬美元左右，能夠打印人體的組織和器官，包括動脈和靜脈血管以及其他身體器官，最終讓人類實現(xiàn)能夠隨時換器官的遠(yuǎn)景目標(biāo)。

Organovo公司總裁基思・墨菲表示，該打印機(jī)可以打印出小到牙齒大到血管網(wǎng)在內(nèi)的身體器官，其潛在用途非常廣泛，但目前他們只打算用這款打印機(jī)復(fù)制一些簡單的器官，比如皮膚、肌肉和較短的血管等，而且主要以研究為目的。不過，墨菲表示，公司希望在5年內(nèi)完成臨床試驗后，用該打印機(jī)打印搭橋手術(shù)中作為“橋梁”的血管，隨后打印更大、更復(fù)雜的人體器官。另外，由于該機(jī)器能夠打印分岔的管狀器官，因此，它也能夠制造維持腎臟、肝臟、心臟等較大的活動血管網(wǎng)。

Organovo公司的生物打印機(jī)工作原理類似于在工業(yè)中用于制造部件和功能模型的快速成型機(jī)。這種打印機(jī)工作起來就像噴墨打印機(jī)，只不過它是三維的。研究人員首先從成年病人的骨髓和脂肪中提取出干細(xì)胞，通過采用不同的成長因子，這些細(xì)胞能夠被分化成不同類型的其他細(xì)胞；然后他們再將這些細(xì)胞弄成液滴，每個液滴中包含1萬到3萬個細(xì)胞。液滴在打印機(jī)中沉淀并聚合在一起，形成一個結(jié)構(gòu)。打印頭每經(jīng)過一次，進(jìn)行打印操作的底座就下移一個刻度，通過這種方式，打印的物體逐漸成型。如果要打印組織中的空間和復(fù)雜形狀，研究人員會先用水溶性材料打印一個“支架”，一旦完成打印就清洗掉支架。

墨菲表示，他們的生物打印機(jī)還能使用其他種類的細(xì)胞和支撐材料，可以把肝臟細(xì)胞放在預(yù)先建好的肝臟形狀的支架上，或者使用其來復(fù)制襯層和結(jié)締組織，最后成長為一顆牙齒。

這種機(jī)器也可以放進(jìn)一個標(biāo)準(zhǔn)實驗室的生物安全柜，在其中進(jìn)行無菌操作。Invetech公司也研發(fā)出了一種以激光為基礎(chǔ)的刻度系統(tǒng)，確保兩個打印頭都能夠精確地存儲材料，還可以用電腦制圖系統(tǒng)來設(shè)計人體器官的剖面圖。#p#副標(biāo)題#e#

  應(yīng)用前景廣闊

研究人員很早就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把一小簇細(xì)胞挨著放置時，它們會游到一起，融合并自行組織起來?？茖W(xué)家也在探索各種各樣的技術(shù)，為細(xì)胞營造良好的環(huán)境，讓細(xì)胞成長為功能性的身體器官，生物打印機(jī)是其中一個很好的嘗試。

早在2004年，美國南加州克萊姆森大學(xué)的研究人員就發(fā)明了一種新的打印方式，他們在“噴墨打印機(jī)的墨盒”（工作原理類似于噴墨打印機(jī)的一種微型打印機(jī)）里裝入動物細(xì)胞，然后通過使用AutoCAD等設(shè)計軟件，設(shè)計和制造出了心臟組織?？巳R姆森大學(xué)的研究人員成功地再造了老鼠的骨組織，他們的遠(yuǎn)期目標(biāo)是能夠制造出人體器官。

無獨有偶，美國北卡羅來納州威克弗里斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)再生研究所浸信醫(yī)療中心的安東尼・阿塔拉和美國南加州克萊姆森大學(xué)的托馬斯・博蘭德也在研究使用“生物墨水”來打印皮膚組織，進(jìn)而移植到皮膚燒傷的人身上。

阿塔拉表示，他們也采用了噴墨打印機(jī)來復(fù)制器官，只是用細(xì)胞代替了印油。打印一個心臟需要花40分鐘，然后培養(yǎng)46小時，接著研究人員看到顯微鏡下的心肌細(xì)胞收縮。

阿塔拉博士還在試驗采用另一個打印頭來設(shè)置用一種糖基水凝膠制作的支架。這不會干擾細(xì)胞，也不會和細(xì)胞黏在一起。一旦打印過程完成，該結(jié)構(gòu)會被擱置一到兩天，讓液滴融合。當(dāng)器官成熟，研究人員將從外部剝離這種水凝膠。

研究人員托馬斯・博蘭德也在開發(fā)一種微型打印機(jī)的過程中受到啟發(fā)，于是轉(zhuǎn)而開發(fā)“蛋白質(zhì)打印機(jī)”。他開始的時候只是打印蛋白質(zhì)，接著又嘗試打印細(xì)胞。博蘭德承認(rèn)，一開始人們都認(rèn)為這種想法太過荒謬，不過在他們了解了打印機(jī)的工作原理之后，就會認(rèn)可這種方法。

科學(xué)家們表示，生物打印機(jī)能夠幫助醫(yī)生去研究、掃描和復(fù)制病人所需要的器官，并能改進(jìn)現(xiàn)在的醫(yī)療服務(wù)方式，他們相信不久就能用這種打印機(jī)制造出人體組織。#p#副標(biāo)題#e#

  “按需打印”或成現(xiàn)實

有些研究人員認(rèn)為，有朝一日，這樣的機(jī)器或許能夠把組織和器官直接復(fù)印進(jìn)入人體。的確如此，阿塔拉博士正在研制一種機(jī)器，能夠掃描需要皮膚移植的身體器官，然后直接在其上復(fù)制皮膚。

至于較大的身體器官，Organovo公司的創(chuàng)始人之、美國密蘇里大學(xué)的加博爾・福爾加奇博士認(rèn)為，它們可以有不同的形狀。例如，人造腎臟不需要和真腎長得一模一樣，也不需要具有真腎的所有特征，它只需要能夠清除血管中的垃圾就可以了。那些苦苦等候器官移植的人也不太介意移植器官的樣子，只要這些器官能夠工作，并且能夠改善病人的身體狀況就行。

既然3D生物打印機(jī)可以按需打印人體器官，研究人員、外科醫(yī)生和病人也可能不再需要對捐贈器官翹首以盼。我們可以大膽暢想，或許某一天，我們只需要輕輕按下按鈕，就能讓3D生物打印機(jī)制造出我們所需要的器官。