从3D打印到3D器官打印，人类离打印生命还有多远的距离？
时间:2022-09-14 14:00 来源:观察未来科技 作者:admin 点击:次
| 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。当然，生物3D打印也有许多层次，包括制造无生物相容性要求的结构，比如目前有广泛应用的手术路径规划用产品的3D打印等，制造有生物相容性要求的不可降解的制品，比如钛合金关节、缺损修复的硅胶假体等，以及制造有生物相容性要求的可降解的制品，比如活性陶瓷骨、可降解的血管支架等，但最重要的，也最受关注的，还是在操纵活细胞构建仿生三维组织的器官3D打印。 由于人类对生命延续的渴求，可以说，器官打印是人类千百年来的梦想，而打印生命则是人类的终极愿望。现在，人们正在努力向人类的终极愿望狂奔而去。 
为什么需要3D器官打印？ 生物3D打印的实现与组织工程（tissue engineering）和再生医学（regenerative medicine）密切相关。组织再生是目的，而组织工程是手段。 其中，组织工程的概念由美国华裔科学家冯元桢提出，在1987年被美国国家科学基金委员会确定。组织工程是指先将细胞沉积在生物支架（scaffold）上形成细胞材料复合物，然后将含细胞支架植入体内，利用体内环境进行诱导形成相应的组织或器官，实现创伤修复和功能重建。常规的组织工程的做法是将支架制造与细胞黏附分离，但这样就难以在支架不同位置实现不同种类、不同密度细胞的沉积。而生物3D打印则可以实现多细胞空间定向操纵及不同细胞密度的可控沉积，恰好解决了组织工程目前所面临的难题。 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。究其原因，一方面，目前器官移植的缺口巨大。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着供体不足的问题。无论是国内还是在国际上，由于器官捐献量不足，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。 在美国，根据美国器官资源共享网络（UNOS）公布，每1.5小时就有1例病人因为等不到合适的器官移植而死亡，每年有超过800万例患者需要进行组织修复相关手术。在我国，据统计每年大约有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，有限的活体器官来源满足不了患者需求。 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。大多数患者只能在等待配体的过程中病情恶化甚至离世。与此同时，中国需要接受器官移植的患者数量还在以每年超过10%的增量扩大。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。 有鉴于此，临床上急需一种行之有效的方法，以解决供体器官的短缺和器官移植出现的排异反应等问题。生物3D打印技术的出现及快速发展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。 另一方面，当前的医学机理机制研究需要更为精准的体外模型。传统的解决方案往往是基于细胞二维培养及动物实验。然而，基于细胞二维培养的方法和真实体内的三维环境相比差异很大，有些情况下还有可能出现互相矛盾的结果，这就使得参考价值有限。而动物实验除了有很多伦理学的问题外，最为关键的是动物的体内环境和人体环境有很大的差别。 也就是说，如果能在体外采用人体细胞重构出组织或器官的所在三维环境，就可以很好地弥补现有解决方案的缺陷，而体外组织或器官的构建无疑可以广泛应用于药物筛选及疾病机理探究。 而这将为人们带来的，则是人类在精准医疗和个性化医疗的跃进一步。毕竟，每个人的身体构造、病理状况都存在特殊性和差异化，尤其是病情复杂、罕见的患者，考虑到手术风险较大，医生可借助3D打印技术，将患者病变部分按照1∶1的比例完整打印出来，针对复杂、罕见、高难度病例进行术前规划与精准演练。 这不仅为医生设计手术方案提供精准的三维立体结构数据，也可在更直观更真实的前提下预演整个手术过程，完善手术规划，从而提高真实手术的精准度，降低手术风险。此外，针对不同患者，3D打印个性化手术导板，能够有效减少手术的创伤和出血量，大大缩短手术时间，提高手术准确度。 因而，与传统医疗技术相比，在尊重和掌握个体差异的基础上，3D打印技术能够实现真正个性化定制，使医疗更加精准化。 
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