器官3D打印离我们还远吗？

本刊记者/管浩

从“生物墨水”到“生物混凝土”，3D 生物打印是否有望成真？

在电影《王牌特工》中有这样一个场景：特工哈里的头部中枪倒地，后来被发现并带回了基地抢救。救援人员先把哈里的头包起来，再注入抗震水凝胶并用纳米技术修复头上的伤口，最后他成功复活。

“虽然对这个桥段观众们都吐槽有些无厘头，这也与当前的医疗发展情况严重不符，但我想，未来的临床治疗和急救场景一定是和电影中的一样，是十分便携、快速、智能、高效的。”浙江大学机械工程学院贺永教授表示，“到那时，在战场、火情、抗震救灾等场景中，会有大量的高智能机器人手提着装有‘生物混凝土’墨水的急救包，自主发掘伤员、分析伤员伤情及缺损结构，并利用‘生物混凝土’墨水对缺损进行原位打印，使伤员不错过最佳的救助时机。”

“生物混凝土”的提出

由于对生命延续的渴求，一直以来，体外制造活性组织或器官都是人们孜孜不倦追求的目标。生物3D 打印是医学、生命科学、材料学、信息技术、组织工程、制造学、临床试验等多学科交叉的产业，没有太多成熟的经验可供借鉴。

从20世纪80年代到今天，3D 打印走过了—条漫长的发展之路。生物3D 打印作为3D 打印的重要分支，从2000年左右被提出至今，也取得了重大进展。

近年来，3D 生物打印技术在组织与器官再造领域蓬勃发展，国内外许多跨学科研究团队致力于开发新型生物墨汁、支架等，获得了具有一定功能性的组织和类器官，促进了临床前测试的体外模型和仿生植入物的制造研究，但目前多处于实验室研究阶段，少数进展到了临床试验阶段。

生物3D 打印过程可以分为准备、处理和后期处理三个基本阶段。准备阶段是通过计算机图形软件（如：CAD/CAM）设计出解剖学上精确的3D 模型，以及材料或生物墨水的选择；处理阶段是使用生物打印机进行实际打印过程；后期处理是指制造的构建体在生物反应中的成熟及其结构和功能表征。

其中，设计打印器官的模型与生物墨水的选择是3D 生物打印技术的关键。

近日，浙江大学机械工程学院贺永教授团队（EFL团队），提出了全新的“生物混凝土”墨水思路。据介绍，“生物混凝土”中的“石子”组分是由高压电场喷射工艺获得载细胞的水凝胶微球，并在后续培养过程中加入诱导培养基展开预功能化；而“水泥”组分则是直接配制的高浓度水凝胶预聚液，将二者按一定比例混合即获得“生物混凝土”墨水。结合EFL 团队开发的机器人原位生物3D 打印系统，可根据患者组织缺损处的形态，直接在缺损处沉积“生物混凝土”，实现组织再生及修复。

目前，相关论文已在Nature Commu-nications上发表。文章中介绍，团队通过加入负载骨间充质干细胞（BMSCs）的“生物混凝土”墨水，成功实现了动物颅骨缺损的修复。贺永教授表示，绝大部分生物组织都有望利用“生物混凝土”墨水进行不同程度的修复，并且在后续对“生物混凝土”墨水的不断改良过程中，团队将逐步探究对其他组织的损伤修复。

为什么我们需要生物3D 打印？

生物3D 打印分许多种，比如钛合金关节、缺损修复的硅胶假体、活性陶瓷骨、可降解的血管支架等，但其中最重要也最受关注的，还是器官的3D 打印。

迄今为止，许多医学难题诸如肾衰竭、恶性肿瘤等，临床上的行之有效的治疗方式仍为器官移植手术。然而，异体器官移植一直以来都存在供体不足的问题，且配型的成功率也不高，需要器官移植的病人能做的事情只能是等待。

据统计，我国每年大约有150 万人因末期器官功能衰竭需要器官移植，但每年却仅有约1 万人能得到器官移植的救治。单以肾移植手术为例，每年进行移植的患者为3000 人，而需求者高达30 万人。大多数患者在等待配体的过程中病情恶化甚至离世。另外，器官移植后还存在免疫排异反应，需要长期进行免疫抑制治疗。

然而，生物3D 打印技术的出现或将成为等待器官移植患者的备用选择，为组织或器官短缺的问题提供了全新的解决方案。

生物3D 打印可以自身的成体干细胞经体外诱导分化而来的活细胞为原料，在体外或体内直接打印活体器官或组织，从而取代功能丧失的器官或组织。目前，生物3D 打印在器官移植领域已取得了一定的成绩，被应用于皮肤、骨骼、人造血管、血管夹板、心脏组织和软骨质结构的再生与重建。

医学的发展依赖于社会科学技术水平的进步，但由于医疗行业具有自身的特殊性，个性化是医疗行业不可忽视的特性。目前，医疗产品大都是标准化大生产制造品，只有少量固定规格，无法满足患者个性化需求，生物3D 打印技术的出现也为临床医学提供了崭新的空间和无限的可能。

经过了近20年的高速发展，生物3D 打印技术已日趋成熟，也给医疗事业的发展许诺了一个美好的未来，但即便如此，笔者认为，想要达到最初的器官打印的设想或许还有很长的路要走。