从3D打印到3D器官打印，人类离打印生命还有多远的距离？(2)
时间:2022-09-14 14:00 来源:观察未来科技 作者:admin 点击:次
前景日益明朗 2003年，美国Clemson大学Thomas Boland等利用改装的惠普打印机（H550C）和墨盒（HP51626a），以含中国仓鼠卵巢细胞（CHO）和鼠胚胎运动神经元细胞的PBS缓冲液为“生物墨水”，以大豆琼脂/胶原凝胶“生物纸”，成功实现了活细胞打印，并发表首篇细胞生物打印论文，受到包括美国科学杂志、CNN等媒体报道。2004年，该课题组申请细胞及器官打印专利，并于2006年获得专利授权，后该技术授权纳斯达克上市的著名生物3D打印公司Organovo。 自此以后，3D打印器官也正式进入了发展的车道，并给再生医学带来许多希望。2010年12月，Organovo使用一台NovoGen MMX制造出了一根生物打印的人体血管。自那时起，这家公司还打印出骨骼肌、骨头和肝脏组织等小型样本，成功在脊椎上植入了神经，并且确定了制造人体移植组织的长期计划。起初，这种按需打印主要集中在心肌修复、神经移植或动脉片段上，因为这些组织相对较小，也更容易打印，而且临床应用的可能性也更大一些。 2012年，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。同年，美国密歇根大学公共医疗中心通过3D打印技术制造了一段人工气管，进行了全球首例3D打印器官人体移植手术。这是人类首次使用3D打印的部件来帮助组织重组，它被刊登在了《新英格兰医学杂志》（New England Journal of Medicine）2013年5月刊上。 在2012年12月的另一个完全不同的研发中，Organovo宣布与AutoDesk合作制作了一款用于生物打印的3D设计软件。它将NovoGen MMX开放给更多用户使用，借此改进生物打印的可用性和功能性。 正如Organovo主席兼首席执行官基斯·墨菲所说，这家公司与Autodesk新建立的合作关系的长期目标是“致力让客户有能力自行设计3D组织，然后交由Organovo负责生产”。就像现在雕刻家可以上传一个新珠宝给珠宝制造商们一样，由他们3D打印出塑料或金属物体，将来医生也可以将动脉移植或整个器官的电子模型发送给Organovo进行生物打印，然后Organovo将成品快递返回。2012年，《MIT Technology Review》将Organovo评选为世界前50家最具创新性的公司，而在2010年，《Time Magazine》将NovoGen MMX评选为年度最佳发明之一。 2013年，个性化3D打印产品PEEK头骨植入物（美国OPM公司）获FDA批准。同年2月，美国康奈尔大学研究人员发表报告称，他们利用牛耳细胞在3D打印机中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形儿童的器官移植。 2014年11月，Organovo公司推出了其可商用的3D打印人体肝脏组织exVive3DTM，用于临床前药物测试。 2015年4月，Organovo公司在波士顿的实验生物学会议上公布了3D生物打印全细胞肾组织的数据。当前的肾组织在一般实验室条件下仅能存活几天，而Organovo公司的3D打印肾组织可以持续“至少两个星期”。 国内，清华大学颜永年教授率先于2002年左右开展生物3D打印技术研究，并于2004年率领团队完成细胞直写系统和细胞打印机（cell printing），建立了具有国际先进水平的生物制造工程实验室，被誉为“中国3D打印第一人”。 2013年8月，杭州捷诺飞生物科技股份有限公司（Regenovo，简称捷诺飞公司）与杭州电子科技大学等高校的科学家合作，成功研制出可同时打印生物材料和活细胞的3D打印机。2015年10月，捷诺飞公司推出第三代生物3D打印工作站，利用这款生物3D打印设备，成功批量“打印”出肝单元用于药物筛选。 如今，随着3D生物打印技术的进步与成熟，3D生物打印前景日益明朗。 
在3D打印器官以前 不过，前景的明朗，却不意味着过程的顺利。毕竟，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。打印一个活体器官最主要的三个条件是细胞、支架和诱导。 细胞直接装配技术，是指根据3D数据模型，将细胞或者细胞基质材料直接装配成所需要的结构，通过后续的培养，最终形成一个活的组织或者器官。细胞间接装配技术，是指先用生物材料建立一个细胞培养支架，再通过3D模型将细胞按照所需结构附着在支架的相应位置，再通过诱导使细胞成活以培养成为活的组织器官。 然而，要知道，器官本身结构非常复杂，并且一个器官细胞不止一种，如何实现让多种细胞复杂排列并能够保持生长性依然是当前器官打印所面临的难题，以血管为例，血管看起来结构简单，但实际上血管除了有多层不同的细胞组织结构（典型血管主要由内皮、平滑肌及成纤维细胞构成）外，血管壁还具有选择性通透、血管壁的弹性及抗凝等功能，这些都使得体外制造活性血管以替换体内病变血管具有相当大的难度。 另外，如何保证支架材料无毒并适应人体，从而让细胞正常生长，以及如何诱发细胞生长，将打印器官激活并使之完全替代原有器官也是尚待解决的难题。 最后，围绕此类器官的使用还会带来一系列关乎人性和道德的考量，一个允许相关技术应用的宽容舆论环境仍然在构建之中。这种对于打印器官的疑虑已经在尼迪·奥科拉弗的短篇科幻小说《事件中心》中得到了充分反映。 在小说中，尼日利亚总统丰弥做心脏移植手术的消息不胫而走，引来举国哗然。与当前科学家的设想不同，《事件中心》为总统准备的人造心脏不再从动物身上求取原料，而是以植物组织为基底，利用自体干细胞和3D打印技术得到。 即便这项技术在小说中已经成熟，但在小说中，来自美国的主刀医生伊齐依然对手术的成效感到担忧。如果说伊齐的疑虑主要关乎技术本身的成败，那么总统侄子西必及前任将军欧奇楚库借机发动的政变则触及了该项技术带来的另一个问题：心脏移植后是否会性情大变，甚至有被控制的可能？这种推测并非是没来由的臆想。在现实世界中，很多肝移植手术的病人的确在一定时间内出现了性格变化，其根源也许是排异反应造成的内分泌调节变化。 这层忧虑的关键在于：人究竟何以为人？是凭一整套原初的器官，还是凭一副可以独立思考、行动的身心？虽然技术的发展几乎不以人类的意志为转移，对技术的两面性持审慎态度却仍有必要。需要承认，一系列关于技术是好是坏的追问，往往是技术普及过程中必然经历的道路，即“过去异想天开，现在勉为其难，未来习以为常”。毕竟，当一项技术被创造出来以后，如何才能让它得到最好的利用，这才是我们最需要关心的。 3D打印器官或许已经许诺了我们一个美好的未来，但在未来到来以前，我们还需要做的，是正确认识这一技术，并未这一技术赋予技术伦理和使用规则——事实上，生物3D打印还远未达到最初器官打印的设想，体外打印能够用于移植的活性器官还有相当长的路要走。 (责任编辑：admin) |