擁有了3D生物印表機，就如同換掉機器上的老舊零件，我們將無需為尋找稀缺的捐獻器官而擔心;實現了人工智慧，機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的複雜工作，面對可能存在的威脅與挑戰，人類的發展或許又將迎來新的紀元;建立了量子通信網絡，基於量子信息傳輸的高效和絕對安全性，更多的將享受到新一代通信技術可能帶來的新變化……
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201703/345793.htm試想一下，你身上的某個器官或者組織出現了狀況，你正擔心能否找到稀缺的捐獻器官。這時候，醫院用3D生物印表機列印出一個全新的器官移植到你體內，就像換掉一個機器上的老舊零件一樣簡單……藉助於科技的發展，這個以前只能出現在科幻小說和電影中的場景，已經不是天方夜譚。
記者近期採訪發現，近些年來3D生物列印技術在國內外獲得飛速發展，運用該技術列印出的手術模型已經開始在一些醫院廣泛運用。而用3D生物印表機列印出可與人體相容的體內植入物，甚至用細胞作為「墨汁」列印出器官和組織的技術也正不斷取得突破，3D生物列印時代距離我們已經觸手可及。
3D列印組織模型
助醫生「精準手術」
去年年底，廣州市婦女兒童醫療中心突然接到了一名來自深圳的小病人小謝。小謝去年12月4日出生，出生半個月以來，體重不升反降，伴有呼吸和吞咽困難。醫院口腔外科副主任陳亦陽診斷，小謝患有「皮埃爾羅賓症候群」，這是一種先天頜骨畸形導致的罕見疾病，孩子往往很難餵養，嚴重的可致人死亡，需要儘快做手術。
「我們需要切開骨頭，把它拉伸，讓它長回正常的位置。在哪裡切開(截骨的位置)，需要拉到什麼程度(角度和距離)都有精確的要求，可謂『差之毫厘謬以千裡』。」陳亦陽說。
以往對這些技術細節醫生只能夠根據經驗判斷，而現在醫生們有了新的選擇。為了提高手術效果，陳亦陽團隊聯繫了廣東省一家骨科重點實驗室，對方用生物3D列印技術製作出了小謝的頜骨模型，醫生們在模型上先進行了一次「模擬手術」。
12月27日，小謝的手術如期進行。由於之前已經操練過一次，手術精度得到極大提高，手術時間也大大縮短，以往需要兩個小時完成的手術，壓縮到了不到一個小時之內完成。做完手術之後，小謝睡覺不會突然憋醒了，吃奶也順暢了，體重正在追趕正常進度。小謝的父母放下了心中巨大的石頭，專門給醫生團隊送來了一面錦旗。
這也是該醫院將生物3D技術應用於病人的最新案例。據陳亦陽介紹，醫院是在2013年左右開始嘗試這項新技術的，最初運用於少數疑難病例的手術，後來在2015年下半年大規模推廣，現在以他所在的口腔外科為例，幾乎所有需要動頜骨手術的病人都會運用。
「以前我們認為只有疑難複雜病例上才需要使用，但隨著不斷應用，3D列印技術在提高手術精準度、便捷度、可預測性等方面的優勢越來越顯著。只要我們對治療效果有更高要求，就可以更加廣泛地使用這項新技術。」陳亦陽說，「如果說之前3D生物列印技術能幫我們解決能不能做手術的問題，那現在它已經進入幫我們讓手術做得更好、更快的階段。」
3D生物列印體內植入物
已初步實現
清華大學生物製造中心教授、國家「千人計劃」專家徐弢介紹，3D生物列印的應用主要有三個階段：體外手術模型、列印可用於植入人體的類器官和組織以及利用細胞列印出活性器官和組織。
他說，包括廣州市婦女兒童醫療中心等在內的多家國內先進醫院正逐步推廣使用的，即屬於第一類。目前，該技術還運用於神經外科及脊柱外科的個性化手術模型、假肢等，在複雜病例的手術中，有利於術前規劃、輔助病人了解病情以及醫療培訓，極大造福了病人。
3D生物列印技術應用的第二個階段是列印體內植入物。「現有的軟組織修復材料，如動物組織、膠原等，會帶來動物疾病傳播、免疫排異、力學性能弱等問題，而傳統的合成材料，也具有不降解、力學順應性差、組織再生性差等局限。而3D列印在個性化以及微觀仿生方面具有突出的優勢。」他說。
在這個階段，利用3D生物列印技術可以列印出具備良好生物相容性的人體組織，而使用的材料是關鍵難題。根據目標部位的差異，有些材料要求不降解，成為永久植入物，而部分材料則要求可以降解，跟人體組織相互發生作用，促進組織再生。
以廣州邁普再生醫學科技有限公司為例，其開發出了全球首個3D列印軟組織修復可降解產品——睿膜，並成功實現了產業化。該產品在微觀層面上列印出了自體腦膜組織的纖維結構，相當於搭建了有利於細胞爬行、成長的支架，對腦膜損傷患者具有極強的修復價值。
據邁普公司董事長、國家「千人計劃」專家袁玉宇介紹，從宏觀和微觀方面，睿膜都非常接近自體的組織，而且其使用了高分子可吸收材料，可以在自體腦膜再生後降解為二氧化碳和水。該技術處於全球領先水平，已經分別獲得歐盟CE認證和中國CFDA認證，在包括英國劍橋大學附屬醫院等在內的全球多家頂級醫院成功應用了數萬例。
此外，據媒體報導，新加坡國立大學蘇州研究院已成功列印出了人體半月板支架，並開始進入動物臨床試驗階段。國際上，2013年，美國FDA批准了全球首個3D生物列印顱骨植入物產品。
什麼時候
我們能用上列印器官?
在前面兩個發展階段的基礎上，徐弢表示，利用細胞列印出活性器官和組織，才是現代意義上的3D生物列印，能夠真正實現「快速成型」，也將會是應用潛力最大、應用範圍最廣的3D生物列印技術。
徐弢認為，從技術層面，還至少需要克服三個挑戰。首先，需要解決列印過程中脆弱的細胞能否存活、能否發育、會否變異甚至腫瘤化的問題;其次，3D生物印表機必須滿足生物仿生對製造精度及準確性的極高要求;第三，組織及器官是由多材料及多細胞組成的非均質體系，對製造學要求也極高。
目前，科研人員正在加緊攻克難題。捷諾飛生物科技有限公司董事長、杭州電子科技大學的徐銘恩團隊自主研發出一臺生物材料3D印表機，已在這臺印表機上成功列印出較小比例的人類耳朵軟骨組織、肝臟單元等。
「這臺名為『Regenovo』的3D印表機支持活細胞列印，列印的細胞有著高達90%的存活率，目前列印出來的活細胞存活時間最長為4個月。」徐銘恩說。
公開報導還顯示，去年年底，四川大學華西醫院等科研團隊利用取自恆河猴自體的脂肪間充質幹細胞製備成3D生物列印墨汁，應用自主研發的3D生物血管列印設備構建出具有生物活性的人工血管，並將其置換恆河猴體內一段腹主動脈，實現血管再生。
在國外，3D生物列印研究重鎮美國韋克福雷斯特大學團隊曾在2006年成功利用細胞擴增技術在體外培植膀胱。去年2月，該大學的研究團隊利用新開發的3D生物列印系統列印出人造耳朵、骨頭和肌肉組織，移植到動物身上後都能保持活性。
而徐弢的團隊，也用心肌細胞和生物材料模擬列印了動物心臟，發現列印出的心臟還能有節奏地跳動，提示其具備一定的功能;將羊水中提取出來的幹細胞進行3D列印，並加入骨系分化因子，獲得了活性骨組織。
雖然如此，專家們也提醒，實驗室成功不等於產業化成功。對醫療產品來說，在應用於人體之前必須符合國家法規，且在安全性、有效性方面符合臨床要求，這需要大量的實驗驗證。據估算，一個不含細胞的用於組織修復的3D列印產品從研發到上市，大致需要5年到6年時間。而含活細胞的3D列印產品，因尚有諸多技術難題待突破，還不能估計上市時間。
「雖然時間很長，但我們不能停止在這方面的創新和研究。相信通過各個領域專家的通力合作，我們一定能早日實現人類列印自身器官的科學夢。」徐弢說。