人體器官“按需打印”
| 來源：科技日報 |
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器官移植拯救了很多人的生命，但這項技術同時也存在著器官來源不足、排異反應難以避免等弊端。那么，能否像打印紙張一樣打印器官呢？這看似不可能的事情在科學家手中卻已經初步變成了現(xiàn)實。最近，澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司攜手研制出了全球首臺商業(yè)化3D生物打印機。 該打印機就像普通打印機一樣，只不過普通打印機的原材料是墨水和紙，而新生物打印機的原料是人體細胞。研究人員采用事先提取好的活體，進行組合排列，打印出所需要的細胞，誤差可以控制在20微米以內，得到的器官可以顯著降低排異反應。這臺3D打印機一次制造出器官的一層細胞，對于更為復雜的器官，打印機就在一個提前預備好的支架上排列細胞。 目前，這種打印機還處于實驗階段，但研發(fā)人員希望其最終能夠讓人類隨時更換細胞。 生物打印機“大小通吃” 據(jù)英國《經濟學家》雜志報道，這臺新款3D生物打印機由總部位于美國圣迭戈、主要從事可再生醫(yī)藥研發(fā)的Organovo公司以及總部位于澳大利亞墨爾本的工程和自動化公司Invetech攜手研發(fā)而成，其“身價”為20萬美元左右，能夠打印人體的組織和器官，包括動脈和靜脈血管以及其他身體器官，最終讓人類實現(xiàn)能夠隨時換器官的遠景目標。 Organovo公司總裁基思·墨菲表示，該打印機可以打印出小到牙齒大到血管網在內的身體器官，其潛在用途非常廣泛，但目前他們只打算用這款打印機復制一些簡單的器官，比如皮膚、肌肉和較短的血管等，而且主要以研究為目的。不過，墨菲表示，公司希望在5年內完成臨床試驗后，用該打印機打印搭橋手術中作為“橋梁”的血管，隨后打印更大、更復雜的人體器官。另外，由于該機器能夠打印分岔的管狀器官，因此，它也能夠制造維持腎臟、肝臟、心臟等較大的活動血管網。 Organovo公司的生物打印機工作原理類似于在工業(yè)中用于制造部件和功能模型的快速成型機。這種打印機工作起來就像噴墨打印機，只不過它是三維的。研究人員首先從成年病人的骨髓和脂肪中提取出干細胞，通過采用不同的成長因子，這些細胞能夠被分化成不同類型的其他細胞；然后他們再將這些細胞弄成液滴，每個液滴中包含1萬到3萬個細胞。液滴在打印機中沉淀并聚合在一起，形成一個結構。打印頭每經過一次，進行打印操作的底座就下移一個刻度，通過這種方式，打印的物體逐漸成型。如果要打印組織中的空間和復雜形狀，研究人員會先用水溶性材料打印一個“支架”，一旦完成打印就清洗掉支架。 墨菲表示，他們的生物打印機還能使用其他種類的細胞和支撐材料，可以把肝臟細胞放在預先建好的肝臟形狀的支架上，或者使用其來復制襯層和結締組織，最后成長為一顆牙齒。 這種機器也可以放進一個標準實驗室的生物安全柜，在其中進行無菌操作。Invetech公司也研發(fā)出了一種以激光為基礎的刻度系統(tǒng)，確保兩個打印頭都能夠精確地存儲材料，還可以用電腦制圖系統(tǒng)來設計人體器官的剖面圖。 應用前景廣闊 研究人員很早就發(fā)現(xiàn)，當把一小簇細胞挨著放置時，它們會游到一起，融合并自行組織起來。科學家也在探索各種各樣的技術，為細胞營造良好的環(huán)境，讓細胞成長為功能性的身體器官，生物打印機是其中一個很好的嘗試。 早在2004年，美國南加州克萊姆森大學的研究人員就發(fā)明了一種新的打印方式，他們在“噴墨打印機的墨盒”（工作原理類似于噴墨打印機的一種微型打印機）里裝入動物細胞，然后通過使用AutoCAD等設計軟件，設計和制造出了心臟組織。克萊姆森大學的研究人員成功地再造了老鼠的骨組織，他們的遠期目標是能夠制造出人體器官。 無獨有偶，美國北卡羅來納州威克弗里斯特大學醫(yī)學再生研究所浸信醫(yī)療中心的安東尼·阿塔拉和美國南加州克萊姆森大學的托馬斯·博蘭德也在研究使用“生物墨水”來打印皮膚組織，進而移植到皮膚燒傷的人身上。 阿塔拉表示，他們也采用了噴墨打印機來復制器官，只是用細胞代替了印油。打印一個心臟需要花40分鐘，然后培養(yǎng)46小時，接著研究人員看到顯微鏡下的心肌細胞收縮。 阿塔拉博士還在試驗采用另一個打印頭來設置用一種糖基水凝膠制作的支架。這不會干擾細胞，也不會和細胞黏在一起。一旦打印過程完成，該結構會被擱置一到兩天，讓液滴融合。當器官成熟，研究人員將從外部剝離這種水凝膠。 研究人員托馬斯·博蘭德也在開發(fā)一種微型打印機的過程中受到啟發(fā)，于是轉而開發(fā)“蛋白質打印機”。他開始的時候只是打印蛋白質，接著又嘗試打印細胞。博蘭德承認，一開始人們都認為這種想法太過荒謬，不過在他們了解了打印機的工作原理之后，就會認可這種方法。 科學家們表示，生物打印機能夠幫助醫(yī)生去研究、掃描和復制病人所需要的器官，并能改進現(xiàn)在的醫(yī)療服務方式，他們相信不久就能用這種打印機制造出人體組織。 “按需打印”或成現(xiàn)實 有些研究人員認為，有朝一日，這樣的機器或許能夠把組織和器官直接復印進入人體。的確如此，阿塔拉博士正在研制一種機器，能夠掃描需要皮膚移植的身體器官，然后直接在其上復制皮膚。 至于較大的身體器官，Organovo公司的創(chuàng)始人之、美國密蘇里大學的加博爾·福爾加奇博士認為，它們可以有不同的形狀。例如，人造腎臟不需要和真腎長得一模一樣，也不需要具有真腎的所有特征，它只需要能夠清除血管中的垃圾就可以了。那些苦苦等候器官移植的人也不太介意移植器官的樣子，只要這些器官能夠工作，并且能夠改善病人的身體狀況就行。 既然3D生物打印機可以按需打印人體器官，研究人員、外科醫(yī)生和病人也可能不再需要對捐贈器官翹首以盼。我們可以大膽暢想，或許某一天，我們只需要輕輕按下按鈕，就能讓3D生物打印機制造出我們所需要的器官。 本篇文章來源于 科技網|www.stdaily.com |
