3D打印的医学憧憬：自造人体器官

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国家商报(博客、微博)记者黄宗炎

相关统计显示，在中国每年150万器官衰竭患者中，只有1万多人能够接受器官移植，更多的人只能在等待配体的过程中病情恶化甚至死亡。如果3d打印能够解决这个问题，它无疑将成为市场的焦点。然而，生物信息处理和高精度打印机是3d生物打印面临的最大瓶颈，解决这些问题需要时间。

近年来，随着“3d打印热”在世界各地兴起，拓荒者的好奇心不再满足于打印一些玩具、装饰品、塑料杯和其他常规物品。相反，他们将注意力转向了更广泛的生物医学领域。

虽然3d打印在生物医学市场上有着广阔的前景，但生物数据处理、合适的生物材料、打印设备的研发和打印后活体组织的存活等四大技术问题是当前研究者面临的“硬骨头”。

北京工业大学激光工程研究所教授陈在接受《商业日报》采访时表示，3d打印在生物医学中的应用是一个由远及近的过程。“实现突破需要5到10年的时间，这是乐观的。”

开启“私人定制”的健康时代

中国工程院院士戴？容介绍了这样一个案例:医生提取了一个患有脂肪瘤的女孩的ct参数，将数据输入3d打印机，打印出女孩腿部的3d模型，最终帮助女孩双脚直立。

从这个案例中，我们可以找到三维打印在生物医学领域应用的线索。3d生物医学印刷的全貌是什么？

杭州电子科技大学教授徐明根解释说，3d生物打印是基于3d设计模型，通过软件分离、分层和数控成型，使用3D打印来形成生物材料，尤其是细胞和其他材料。该技术可用于制造人工组织、人工器官、假肢、手术引导器和其他材料。

简而言之，3d打印在临床医学中的应用，一方面对患者的患病部位进行扫描成像，并利用3d打印机将二维图像打印成3d模型，使患者和医生能够更直观地观察和交流，并根据模型的实际反应进行判断。量身定制的手术计划，确保手术的准确性；另一方面，通过3d模型，活细胞被印上特殊的生物“墨水”，仿生器官和活组织被体外培养，然后植入人体。

戴？他告诉《国家商报》记者:“因为一般的常规假体都是标准模型，3d打印不仅可以为患者制定最合适的手术方案，还可以为患者安装最合适的假体。”

在个性化消费的浪潮中，个性化健康计划无疑是一大趋势。美国毒理学研究院院士、蓝光3d生物打印研究所所长康认为，3d打印技术在临床医学中的引入，开启了“精确医学”和“定制健康”的时代。

虽然3d打印在生物医学中的应用还处于起步阶段，但近年来已经取得了许多令人惊叹的成就。除了无生命的产品，如假肢、假牙和骨支架，科学家们已经开始研究活跃的人体细胞和器官，或者填补未来大面积器官移植的空白。

陈表示，3d打印在医疗领域的应用是一个由远及近的过程。“离人体越远，如假肢和骨关节，就越受欢迎。相反，更接近人体的应用，如体内组织修复和器官移植，乐观地认为需要5至10年才能实现突破。”

仍有许多难题有待解决

3d生物医学印刷不仅吸引了科学家和爱好者，也赢得了各国首都的青睐。据了解，一些国内公司，如3d、蓝光发展(600466，分享)和光源达(300227，分享)，已经开始涉足3D生物医学印刷的蓝色海洋。市场研究机构Luxresearch预测，到2025年，3d打印技术在医疗市场上将达到19亿美元。

然而，业内人士认为，3d生物领域要真正发展成产业化还为时过早。

康认为，生物信息处理、生物墨水研发、高精度打印机和后期打印处理是3d生物打印面临的最大瓶颈。

康认为，在印刷生物假体之前，必须了解其全部信息，并根据所掌握的信息进行二维到三维的转换。一些复杂的器官，如心脏、肝脏等。，因为血管、细胞和其他组织的密集分布，在没有完全获得这些器官的信息的情况下无法在仿生产品印刷中发挥作用。

与此同时，生物墨水的研发仍然困难重重。它主要表现在细胞如何运作、排列和控制其微环境。

除了上面提到的技术问题，3d生物打印还面临着政策空封锁和伦理问题。

增加基础研究投资

虽然3d打印确实可以使生物医学领域的许多不可能的事情成为可能，但遗憾的是，目前国内外还没有有效的手段来解决上述一些瓶颈。此外，人体组织的复杂性使得三维生物医学打印无法在短时间内大规模应用。

陈说，目前的医学水平还不能完全分析人体器官。“研究人员应该在基础研究上投入更多精力，掌握丰富的生物信息，然后才能进一步开发3d打印技术。”

康建议，从事3d生物打印的公司应设立相关的it部门，重点收集、分析和转换生物信息和数据。

据了解，目前3d生物医学打印的工作原理是分层堆叠。液体材料、粉末材料和金属材料通过喷嘴喷出，然后层层固化，最终形成三维物体。

此外，器官印刷的过程原则上会在一定程度上损害生物细胞的活性，这需要一些特殊的设计和处理来保持其高活性。此外，为了控制细胞生存的微环境，有必要提供足够的细胞培养液。陈指出，“要实现快速成型并保持活性，就现有生物材料而言，解决这个问题需要时间。”

对于印后活体的处理，陈认为，虽然现在仿生器官表面的细胞可以有一定的活性，但如何进入具有一定厚度的器官，并向其中输送营养物质，使其从尸体变成活体，是目前科研工作者所要克服的方向。“目前，研究人员试图打印密集的毛细血管，并将其分布到器官的每个角落。

值得一提的是，徐明根和他的团队已经通过3d生物打印技术成功打印出人体肝脏单位和脂肪组织。印刷细胞的存活率为90%，可存活4个月。

《上海》

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活体器官印刷:看起来很美

国家商报记者黄宗炎

“在未来，人们不必担心因器官疾病而死亡，也不必等待遥远的捐赠者。他们只需要支付一笔费用，就可以得到一个既有功能又有外观的人造器官，恢复正常生活。”-这是经典好莱坞电影《重生之人》中的情节。

据统计，我国每年约有150万器官衰竭患者，其中30万人适合器官移植。然而，只有10，000多人能够接受器官移植治疗，而有限的活体器官来源无法满足病人的需求。

随着被称为“另一个登月计划”的3d生物打印技术的出现，它可能会填补这一空空白，并使电影中的情况成为现实。这一天，空'的想法是用“生物墨水”通过3d打印机打印出1:1的仿生器官模型，然后通过体外培养细胞组织给模型注入“活力”,最后植入人体替代患病器官，实现器官移植。

然而，业内许多专家表示，这项技术仍处于初级阶段，如何从装饰性转变为功能性，需要在印刷材料和精确器官数据方面的技术突破。

稀有的活体器官

目前，中国人体器官市场的供需比为1: 100。以肾移植为例，每年移植病人3000人，需求量高达30万人。大多数患者只能在等待配体的过程中病情恶化甚至死亡。

在这种背景下，3d活体器官打印已经成为研究者眼中的“热点蛋糕”。

数据显示，3d生物打印技术在2003年实现了单细胞打印，6年后实现了多细胞打印，业界普遍认为活体器官打印的目标将在2020年实现。

中国工程院院士戴？荣介绍说，目前许多专家正在研究开发活体器官的印刷技术。

四川蓝光创新生物技术有限公司最近表示，将在今年下半年推出3d生物打印机，旨在打印人体组织切片和血管。

从单细胞到多细胞，再到复杂器官组织的构建，器官印刷的研发似乎离成功只有一步之遥。

活体器官还没有被“激活”

虽然3d医学打印受到资本的高度追捧，但一些国内上市公司并不打算进入纯生物3d打印技术领域。

深圳市光源达科技有限公司董事长侯若红在接受《商业日报》记者采访时坦言:“我们目前从事的是工业制造和医疗手术，不涉及生物打印领域。我认为3d打印生物学的大部分应用仍停留在大学和实验室。”

数据显示，一个成功的重建器官至少由数十亿种不同类型的活细胞组成。如何在实验室条件下保持细胞的结构和形状，为器官提供营养，连接血管网络，仍然是一个有待解决的难题。

美国德雷克塞尔大学(drexel University)教授杰克周(Jackzhou)曾公开表示，如果要将3d打印技术制造的物体植入人体，必须经过大量细胞培养和实验，以确保它能在人体内存活。然而，人体组织的复杂性远远超出了当前技术的控制范围。

此外，现有的生物材料只有30多种，而且数量有限。这些物质是否会对人体组织产生反应并产生副作用还需要长期的临床观察。

北京理工大学激光工程研究所教授陈表示，3d打印的器官还只是在模型上，如何赋予它“生命”是实现活体器官移植最困难的任务。