盡管尚未有3D打印器官獲批用于人體，但多層皮膚、骨骼、肌肉組織、血管、視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)及微型器官已通過(guò)生物打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)建，這場(chǎng)沿科學(xué)時(shí)間軸的競(jìng)賽正持續(xù)創(chuàng)造奇跡。

    器官原型的創(chuàng)新突破

    波蘭研究團(tuán)隊(duì)在2022年的一項(xiàng)研究中，利用3D生物打印技術(shù)構(gòu)建了胰腺功能原型。該原型在豬體內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩周穩(wěn)定血流，研究負(fù)責(zé)人米哈烏·弗紹瓦博士介紹了這一成果。聯(lián)合治療公司則開(kāi)發(fā)出含4000公里毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)及2億個(gè)肺泡的3D打印肺支架，成功在動(dòng)物模型中實(shí)現(xiàn)氧氣交換功能，為可移植人工肺的研發(fā)奠定關(guān)鍵基礎(chǔ)?？蒲腥藛T預(yù)計(jì)，五年內(nèi)或?qū)?dòng)肺臟移植人體試驗(yàn)。

    再生醫(yī)學(xué)的臨床轉(zhuǎn)化

    韋克福里斯特大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究所研發(fā)的移動(dòng)皮膚生物打印系統(tǒng)，未來(lái)可實(shí)現(xiàn)床旁直接打印。該系統(tǒng)通過(guò)掃描傷口區(qū)域，將皮膚組織逐層沉積至燒傷等難愈創(chuàng)面。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)骨骼肌的3D打印，其嚙齒類動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，植入肌組織八周內(nèi)可恢復(fù)前肢超80%的肌肉功能。

    全器官打印的技術(shù)進(jìn)展

    德維爾實(shí)驗(yàn)室成功打印出"兔心尺寸"的心臟模型，包含細(xì)胞、腔室、血管及收縮功能。盡管全尺寸人類心臟的放大制造面臨復(fù)雜挑戰(zhàn)，但起搏細(xì)胞、心房細(xì)胞及心室細(xì)胞的集成已取得積極進(jìn)展。德維爾指出："基礎(chǔ)技術(shù)的通用性為全器官打印提供了可能，這代表器官工程的未來(lái)方向。"

    技術(shù)原理與臨床價(jià)值

    3D生物打印通過(guò)精準(zhǔn)定位多類型細(xì)胞構(gòu)建復(fù)雜組織，并整合血管網(wǎng)絡(luò)輸送氧氣與營(yíng)養(yǎng)，這兩項(xiàng)技術(shù)正革新組織工程領(lǐng)域。斯坦福大學(xué)生物工程系助理教授馬克·斯凱拉-斯科特表示："從膀胱到含血管的多細(xì)胞組織，再到集成心臟細(xì)胞的3D模型，過(guò)去20年該領(lǐng)域發(fā)展迅猛。"

    生物墨水與打印工藝

    生物打印始于細(xì)胞分化——將患者自身細(xì)胞轉(zhuǎn)化為特定器官類型，并與明膠、褐藻酸鹽等材料混合形成生物墨水。斯坦福實(shí)驗(yàn)室正探索高密度干細(xì)胞自組裝技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)全細(xì)胞來(lái)源器官打印。生物墨水通過(guò)類似"蛋糕擠花"的方式從噴嘴擠出，多噴嘴系統(tǒng)可同步打印不同細(xì)胞類型。德維爾團(tuán)隊(duì)耗時(shí)4小時(shí)完成的微型心臟，需通過(guò)外部泵系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)輸送，促進(jìn)組織成熟。

    臨床應(yīng)用的里程碑

    該技術(shù)已應(yīng)用于小耳癥治療：通過(guò)患者耳部活檢獲取軟骨細(xì)胞，經(jīng)擴(kuò)增后3D打印成外耳移植物。得克薩斯州博尼拉醫(yī)生團(tuán)隊(duì)開(kāi)展的案例顯示，相較于傳統(tǒng)肋骨軟骨移植，該技術(shù)可顯著降低手術(shù)創(chuàng)傷。博尼拉強(qiáng)調(diào)："盡管成為主流療法仍需時(shí)間，但3D生物打印在個(gè)性化器官移植中的潛力令人振奮。"

    隨著技術(shù)迭代，3D生物打印有望解決全球10.6萬(wàn)例器官移植等待者的需求，通過(guò)自體細(xì)胞構(gòu)建器官，可大幅降低排異風(fēng)險(xiǎn)及終身免疫抑制藥物依賴，為再生醫(yī)學(xué)開(kāi)啟全新篇章。