【视频】《时代》年度技术—打印器官

LEO

《孢子》和《魔兽世界》这类游戏的玩家可以将他们所钟爱的游戏人物打印成独一无二的模型，只需要一部3D打印机。这种过去被用于工业设计领域的打印机械现在又找到了新的用途，可以使用其他的打印介质制作出更神奇的东西。比方说，一个可供移植的、只为某人定制的肝脏。而且绝对不会产生排异反应。

圣地亚哥的Organovo公司正打算这么做。现在他们已经打印出了血管、牙齿，并且希望在未来几年中打印出更加复杂的组织，直到能够打印出完整的人体器官。“五到十年之内，就会有一个巨大的突破。”这家公司的联合创始人、密苏里大学教授Gabor Forgacs说。
位列《快公司》杂志2010评选的全球100位创意人士之一的Forgacs，是这种被称作“生物打印”技术的研究者之一。这种技术已经有了十几年的历史，但是在目前，Forgacs看起来像是这个领域走在最前面的人之一。他使用的工具，只是高精度的3D打印机，和用细胞制造的特殊墨水。
实际上，3D打印机的原理和喷墨打印机相当类似：一个活动的打印喷头在电脑指令下移动，在合适的位置喷出一点点墨水。这两者之间最大的不同在于，3D打印机的喷头不仅仅能在平面上移动，还能够垂直移动。它的打印过程像是将一层层剖面图叠加在一起，最后制造出一个立体的结构。
就是因为这种能够打印立体结构的特征，让研究者们开始尝试使用它来制造人体器官。1997年，马萨诸塞州总医院的Jay Vacanti用3D打印机制造了一个人耳软骨形状的可降解支架，放进牛的成软骨细胞，并且将其植入一只裸鼠的皮下。几个月后，发育的软骨组织逐渐渗透进这个支架，并且将支架降解掉，他们就得到了一只体外培养的人耳。四年之后，Vacanti
的实验室同事、当时已经回到上海第二医科大学附属第九人民医院的曹谊林博士使用这种技术为一个失去六分之一颅骨的孩子完成了修补手术，用这个孩子自身的成骨细胞成功地再造了骨头。2009年三月，瑞士伯尔尼的研究人员使用3D打印机同样成功制造出了尺寸精确的人拇指骨，只需要一些简单的材料：高精度的3D结构图、三钙磷酸盐和聚乳酸以及一些能够发育成骨骼的干细胞。
在这里，三钙磷酸盐和聚乳酸会形成坚硬的结构，它们可以起到支撑的作用，而那些只由柔软的细胞组成的器官并没有这些支撑物。看起来，柔软的细胞也许更适合打印接近于平面的器官，例如皮肤和纤细的血管。英国曼彻斯特大学已经使用这种方式打印出了人类的皮肤，发现打印出的细胞成活率居然达到了95%以上；毕业于美国克莱姆森大学的袁玉宇将博士期间参与研究的这类技术带回了中国，在广州成立了一家医学科技公司，希望能够尽快进行相关的临床试验；而日本国立富山大学的中村直人则用这种方式制造血管，使用与彩色喷墨打印机类似的技术，使用几种不同的细胞制造出了有两层结构的血管——和人类血管的三层结构只有一步之遥。“这就像在微观层面建造摩天大楼。”他说。“ (打印心脏)也许还需要二十年时间。”
现在看来，也许打印更复杂的器官将不需要那么久，而支架的问题已经有了解决方案。Organovo公司利用一些富含糖类和其他营养物质的凝胶，制造出了柔软的支架。它能够给生长中的细胞提供营养，而且容易去除。他们利用从脊髓里采集到的干细胞为原料，增殖培养后配合不同的生长因子，以让其发育成不同类型的细胞，逐一分离再灌进打印机的墨盒。接下来就是标准的打印过程，打印机的两个喷头分别灌注了活细胞和水凝胶，就像我们在彩色打印时在不同墨盒中注入不同的墨水一样。喷头喷出的微小液滴中都包含了数万个细胞，它们会以数百微米的精度分布在水凝胶支架的周围，就像是我们在制作金属模型时，用蜡做成可以融化的模型，再将它们放进沙箱一样。打印完成之后，这些微小的作品被放进营养液中，细胞会找到彼此并且相互结合，成为一段鲜活的血管，而水凝胶将会在稍后被洗掉。
然后，这段血管就可以用了。这种方法可以在几天之内制造出符合搭桥手术需要的血管，而且不用担心会有副作用。用这种方法制造的组织，所有材料都来自患者自身，因此不会引起排异反应。这种技术已经有了移植的先例：2006年，美国北卡洛莱纳州威克森林再生医学研究所的Anthony Atala和他的同事们为七位患者移植了利用这种技术制造出的膀胱，而且直到目前，这些在培养皿中长大的器官依然表现不错。
虽然在现在，这种打印器官的技术只能制造一些简单的组织，离打印复杂器官的目标还有数年的距离，但是研究者们对它充满信心。在这种技术成熟之后，我们将会像是有了个人专属的器官库，随时可以打印只适合自己的身体器官；也许只需要二十年，我们的器官就能够成为可以替换的设备。因为器官衰老而死亡这件事也许可以避免，健康的肉体将会与健全的思维存在同样长的时间。

update：这项技术被《时代周刊》评选为2010年度50大最佳发明之一。
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[ 本帖最后由 小菲 于 2011-3-17 15:19 编辑 ]