也許有一天，打印機(jī)會(huì)讓整個(gè)醫(yī)學(xué)界發(fā)生革命性的變化。生物打印機(jī)大量生產(chǎn)心臟、肝臟和其他人體器官，以緩解器官移植受手術(shù)中的供體短缺問題。

醫(yī)學(xué)博士達(dá)里爾德利馬博士在斯克利普斯醫(yī)院領(lǐng)導(dǎo)著一個(gè)骨科研究實(shí)驗(yàn)室，他已經(jīng)成功地在牛的組織中人工制造了一個(gè)軟骨組織。他通過(guò)一個(gè)經(jīng)過(guò)改造的老式噴墨打印機(jī)把生物墨水中的活體細(xì)胞一層一層地打印了出來(lái)。他也在人體組織中打印出了軟骨，這些人體組織來(lái)自那些需要進(jìn)行膝蓋移植手術(shù)的病人。

普林斯頓大學(xué)的科學(xué)家使用3D打印技術(shù)打造的一只仿生耳朵

但德利馬認(rèn)為，要完善生物打印技術(shù)，還有大量的工作要做。要拿到管理部門的許可證，要做大量的臨床試驗(yàn)。他的終極目標(biāo)聽起來(lái)像科幻故事：在手術(shù)室架設(shè)一臺(tái)生物打印機(jī)，醫(yī)生可通過(guò)這臺(tái)打印機(jī)直接在需要修復(fù)的部位打印人體組織。

3D技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)

業(yè)余愛好者和一些公司已經(jīng)可以通過(guò)3D打印機(jī)打印日常可見的一些物體、模型和零部件(甚至是槍支)，而在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，科研人員對(duì)于3D打印技術(shù)的興趣也越來(lái)越大。通常的3D打印中，使用塑料或粉末一層一層地打印出需要的物品；而所謂的3D生物打印機(jī)，通常是在液體或凝膠中打印出生物組織。其目標(biāo)不是生產(chǎn)一個(gè)小部件或玩具，而是修復(fù)生物組織。

在世界范圍內(nèi)，研究者們已經(jīng)利用生物打印機(jī)做了實(shí)驗(yàn)。生物打印技術(shù)首先要看通過(guò)打印機(jī)噴頭出來(lái)的生物細(xì)胞會(huì)不會(huì)被殺死(大多數(shù)情況下，細(xì)胞會(huì)被殺死)，然后，生物打印機(jī)用細(xì)胞制造軟骨、骨頭、皮膚、血管、小塊肝臟和其他的組織。

現(xiàn)有人造生物組織的一個(gè)方法是，在塑料或其他材料制成的支架上添加細(xì)胞，然后讓細(xì)胞成長(zhǎng)。從理論上說(shuō)，生物打印技術(shù)在制造生物組織方面有它的優(yōu)勢(shì)，它可以模仿自然結(jié)構(gòu)來(lái)控制細(xì)胞和其他成分的布局。

雖然有人把3D生物打印技術(shù)吹得神乎其神，但英國(guó)曼徹斯特大學(xué)研究員布萊恩戴爾比卻認(rèn)為，“任何有信譽(yù)的人都不會(huì)相信，有人能打印出人體器官，或者他們從內(nèi)心深處相信這個(gè)技術(shù)將在20年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。”戴爾比去年曾在著名的《科學(xué)》雜志發(fā)表了一篇關(guān)于生物打印技術(shù)的論文。

現(xiàn)在，研究者已經(jīng)把目標(biāo)降低。比如位于美國(guó)圣迭戈市的Organovo公司已經(jīng)研制出了生物打印機(jī)，研究人員用它打印約有20個(gè)細(xì)胞厚的部分肝臟。該公司的研究人員說(shuō)，這個(gè)肝臟組織可以用來(lái)試驗(yàn)正在研發(fā)中的新藥。

德國(guó)漢諾威醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室正在試驗(yàn)用生物打印機(jī)制造皮膚組織；而另一家德國(guó)實(shí)驗(yàn)室正在試圖打印心臟細(xì)胞，以用于修補(bǔ)那些受損的心臟；得州大學(xué)艾爾帕索分校的托馬斯博蘭德博士已經(jīng)研究出一種打印脂肪組織的方法，這一技術(shù)將來(lái)也許能用在那些需要做乳房腫瘤切除手術(shù)的女人身上，以幫助她們生長(zhǎng)新的乳房。

打印軟骨或可實(shí)現(xiàn)

達(dá)里爾德利馬承認(rèn)，他想制造軟骨打印機(jī)的夢(mèng)想――也許是一個(gè)固定在精確定位的機(jī)械手臂上的打印噴頭――要一些年頭才能實(shí)現(xiàn)。但他認(rèn)為，這項(xiàng)工作比其他目標(biāo)更有機(jī)會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。“打印一個(gè)完整的心臟或膀胱是令人著迷、令人興奮的，”他說(shuō)，“但打印軟骨也許是3D打印技術(shù)引入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最先實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。”

德利馬認(rèn)為其中的一個(gè)原因是，軟骨組織的構(gòu)造比其他組織要簡(jiǎn)單得多。軟骨細(xì)胞位于膠原纖維和其他細(xì)胞分泌物混合而成的組織中。作為一種細(xì)胞，軟骨細(xì)胞相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易養(yǎng)護(hù)，它們不需要太多的營(yíng)養(yǎng)液，這就簡(jiǎn)化了打印過(guò)程。

讓被打印組織得到滋養(yǎng)，以讓它存活，是研究者們面臨的最大的挑戰(zhàn)。大多數(shù)的細(xì)胞要保持在很短的距離內(nèi)(通常是兩個(gè)細(xì)胞的寬度)才能獲得營(yíng)養(yǎng)液，自然生成的組織是通過(guò)微細(xì)血管或毛細(xì)血管來(lái)完成這一目標(biāo)的。但在生物打印中，要想制造仿生毛細(xì)血管卻十分困難。但德利馬不需要擔(dān)心這個(gè)問題，因?yàn)檐浌羌?xì)胞只需要從關(guān)節(jié)和骨頭上擴(kuò)散出來(lái)的非常少的營(yíng)養(yǎng)液，這些營(yíng)養(yǎng)液幫助軟骨緩解由于關(guān)節(jié)活動(dòng)所帶來(lái)的壓力。

德利馬博士也不需要擔(dān)心神經(jīng)問題，因?yàn)檐浌墙M織上沒有神經(jīng)。但他有其他要擔(dān)心的問題，膝蓋和臀部的軟骨結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了打印過(guò)程中的難度。

有待克服的難題

現(xiàn)在，德利馬和他的同事開始考慮用一臺(tái)熱能噴墨打印機(jī)，在打印機(jī)的墨盒里裝上生物墨水，生物墨水被加熱后會(huì)產(chǎn)生氣泡，迫使生物墨水滴落。這個(gè)技術(shù)非常可靠，在很多的3D打印技術(shù)中都有運(yùn)用。但研究人員卻很謹(jǐn)慎，因?yàn)榇蛴∵^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量。“我們認(rèn)為，(打印過(guò)程中產(chǎn)生的)熱量足以殺死細(xì)胞。”德利馬博士說(shuō)。

但博蘭德和其他人所做的基礎(chǔ)研究顯示，打印過(guò)程中熱能的脈沖非常快，因此，大多數(shù)的細(xì)胞都能存活下來(lái)。

德利馬的團(tuán)隊(duì)很快又發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)問題：對(duì)他們的研究來(lái)說(shuō)，最新的噴墨打印機(jī)太復(fù)雜了。“打印機(jī)的分辨率太高，以致細(xì)胞無(wú)法從打印機(jī)的噴嘴里出來(lái)。”他們最終決定用一臺(tái)產(chǎn)于上世紀(jì)90年代的500型號(hào)的惠普噴墨式打印機(jī)，這臺(tái)打印機(jī)的噴嘴更大。

有了打印機(jī)后，德利馬團(tuán)隊(duì)再用制造軟骨需要的混合物替換打印機(jī)墨盒中的墨水，混合物包括一種名叫PEG-DMA的液體和軟骨細(xì)胞。

但在打印過(guò)程中，打印所用的混合物卻出了問題：細(xì)胞會(huì)在混合物中沉淀下來(lái)，并阻塞打印機(jī)的噴頭。因此，研究者必須找到一個(gè)方法讓混合物不沉淀。同時(shí)，混合物還必須是液體，這樣才能用于打印，但一旦打印出來(lái)了，它就必須成為凝固體。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PEG-DMA在紫外線的照射下會(huì)成為固體。因此，德利馬的解決辦法是，讓打印區(qū)域直接暴露在紫外線下，這樣，從打印機(jī)噴出的每一滴生物墨水都能被固定。“這樣，你就在打印人體組織了。”德利馬說(shuō)。

現(xiàn)在德利馬和他的同事正在研究是否能用其他材料做凝固膠。因?yàn)椋琍EG-DMA雖然是一種生物相容的材料，美國(guó)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局也允許使用這種材料，但它在人的身體內(nèi)不會(huì)消失，并可能引發(fā)炎癥。因此德利馬需要找到一些隨著時(shí)間推移會(huì)在人體內(nèi)降解的材料。德利馬需要這種材料能達(dá)到人體骨骼的降解率。

德利馬說(shuō)，除了以上的障礙需要克服外，還有一些障礙有待克服。其中最基本的一個(gè)障礙是，如何找到合適的、足夠的細(xì)胞用于打印。德利馬認(rèn)為，用病人身體其他部位有限的軟骨細(xì)胞的話，將不會(huì)有多大意義。所以，他的實(shí)驗(yàn)室正在試驗(yàn)用干細(xì)胞和可變成軟骨細(xì)胞的前體細(xì)胞。“干細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)是，它實(shí)際上是可以無(wú)限供應(yīng)的。”德利馬說(shuō)。

同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室也升級(jí)改造其打印技術(shù)。雖然那臺(tái)老式的噴墨打印機(jī)仍在實(shí)驗(yàn)室，但它已經(jīng)被閑置了一年多了，它已經(jīng)被惠普公司生產(chǎn)的另一臺(tái)更加精細(xì)的設(shè)備所替代。它本質(zhì)上是一個(gè)程式化的打印噴頭，可以讓研究人員調(diào)節(jié)墨水滴的大小和其他的特征，以使打印過(guò)程更加完善。

德利馬說(shuō)，最大的障礙也許是監(jiān)管問題，比如向美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局提供充足的證據(jù)證明，用生物打印技術(shù)打印的軟骨是安全的，絕大多數(shù)的科學(xué)問題已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中被解決了。“我想，要讓它用于實(shí)際的醫(yī)療中，我們還須保持謹(jǐn)慎的樂觀。”他說(shuō)