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3D生物打印技術(shù)10~20年后才有可能成熟，用有限技術(shù)制成的器官去對(duì)接無(wú)限復(fù)雜的人體系統(tǒng)，也是該技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)。

如今，3D打印技術(shù)已逐漸從制造業(yè)轉(zhuǎn)向生物領(lǐng)域。3D生物打印可幫助患者獲得“個(gè)性化定制”的器官。或許有一天，我們給自己配備新的身體部件，就像去裁縫店制作新衣服那樣簡(jiǎn)單。

不過(guò)，上述場(chǎng)景離實(shí)現(xiàn)還有較長(zhǎng)時(shí)間。業(yè)內(nèi)人士指出，3D生物打印技術(shù)10~20年后才有可能成熟，另外，用有限技術(shù)制成的器官去對(duì)接無(wú)限復(fù)雜的人體系統(tǒng)，也是該技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)。

離人體越近難度越大

“3D生物打印的創(chuàng)新、個(gè)性化、定制化三大特點(diǎn)，使得它在體外生物結(jié)構(gòu)模型制造上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，這一優(yōu)勢(shì)也是生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用極其需要的。”清華大學(xué)機(jī)械工程系生物制造工程研究所主任孫偉日前對(duì)記者表示，3D生物打印這種時(shí)髦的技術(shù)是工程、材料、信息、生命及醫(yī)學(xué)等幾大學(xué)科的大交叉，能夠提供個(gè)性化的醫(yī)療和理想化的服務(wù)，為疾病治療提供新的思路和途徑。

孫偉告訴記者，根據(jù)打印材料、生物學(xué)性能和應(yīng)用情況，3D生物打印技術(shù)可分為四個(gè)層次，而離人體越近，應(yīng)用難度則越大。

第一層次是材料本身沒(méi)有生物相容性，可制造個(gè)性化體外器官模型，用于手術(shù)規(guī)劃、假肢設(shè)計(jì)等。比如做Ｓ型的脊柱側(cè)彎手術(shù)，可以利用3D打印機(jī)打印一個(gè)模型，幫助醫(yī)生進(jìn)行術(shù)前分析等。由于此類(lèi)3D打印制品不放于體內(nèi)，因此也不要求國(guó)家審批。

第二層次離人體更近一步，材料的生物相容性非常好，但不降解，可制造一些醫(yī)療輔助工具，如人工假肢、植入器件，用于整形修復(fù)、關(guān)節(jié)置換等。

第三層次則需要有更高的技術(shù)含量。材料具有優(yōu)良的生物相容性、生物活性，可以降解并被人體吸收，還可幫助細(xì)胞、神經(jīng)等組織生長(zhǎng)，用來(lái)制作植入人體內(nèi)的組織支架、骨骼和器官等。

最接近人體的第四層次則是細(xì)胞打印，即直接通過(guò)活性細(xì)胞、蛋白或其他細(xì)胞的基質(zhì)為材料來(lái)打印出仿生的細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)體，在接近人體內(nèi)的三維環(huán)境里生長(zhǎng)，用于病理研究、藥物篩選、組織或器官胚體人工構(gòu)建等。

孫偉課題組就運(yùn)用自主開(kāi)發(fā)的細(xì)胞三維打印技術(shù)，在世界上首次構(gòu)建出Hela細(xì)胞（一種子宮頸癌細(xì)胞）的體外三維腫瘤模型。

在西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授李滌塵看來(lái)，從第一層次到第四層次，技術(shù)重點(diǎn)正逐漸從對(duì)外形結(jié)構(gòu)的研究轉(zhuǎn)向?qū)��?xì)胞自身行為的研究。他認(rèn)為，要讓打印的細(xì)胞能夠存活并建立起自己的營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)，至少得要一二十年時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用研究逐步成熟

杭州電子科技大學(xué)生物制造研究所教授徐銘恩表示，做3D生物打印的原因有兩點(diǎn)：一是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模巨大；二是3D生物打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用前景巨大。

“該技術(shù)成功后，有望解決全球面臨的移植組織或器官不足的難題。”徐銘恩稱(chēng)，中國(guó)器官移植的患者和供體的數(shù)量比是150：1，當(dāng)3D打印與醫(yī)學(xué)影像建模等技術(shù)結(jié)合之后，能夠在人工假體、植入體、人工組織器官的制造方面產(chǎn)生巨大的推動(dòng)效應(yīng)。

孫偉告訴記者，清華大學(xué)研究人員研發(fā)的低溫成型三維支架打印技術(shù)，利用低溫成型的方式，可在零下三十幾攝氏度狀態(tài)下把不同的生物材料組合到一起，制成多孔大段人工骨的細(xì)胞載體框架。

“該工藝可能是目前唯一一個(gè)能夠制造具有分級(jí)孔系結(jié)構(gòu)的3D打印技術(shù)，在骨工程支架和再生植入等方面應(yīng)用前景良好。”孫偉說(shuō)。

與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些研究團(tuán)隊(duì)也已嘗試將3D生物打印應(yīng)用于臨床治療當(dāng)中。北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科專(zhuān)家劉忠軍團(tuán)隊(duì)在征得病人同意后，已有近40位患者植入了3D打印出的骨骼。

“也許有一天，我們可以用3D打印的技術(shù)做人造感受器官，比如眼睛、鼻子。3D生物打印技術(shù)也可以幫助腦機(jī)接口的科學(xué)家研究清楚細(xì)胞和芯片之間是怎么傳輸信號(hào)的，可以用大腦直接操控機(jī)器。”徐銘恩說(shuō)。

前路漫漫

雖然國(guó)外研究機(jī)構(gòu)在3D生物打印前沿領(lǐng)域所取得的突破意義重大，但要達(dá)到產(chǎn)業(yè)化和醫(yī)療應(yīng)用，為時(shí)尚早。

目前很多從事3D生物打印研究的單位往往以研究課題為主，缺少產(chǎn)業(yè)下游單位對(duì)接。

西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任黃衛(wèi)東表示，國(guó)內(nèi)從事3D打印技術(shù)研發(fā)的團(tuán)隊(duì)或企業(yè)，基本上都是在金屬材料或非生物非金屬材料的領(lǐng)域，將研究重點(diǎn)聚焦在3D生物打印領(lǐng)域上的還比較少。

“由于3D生物打印技術(shù)目前剛剛起步，各個(gè)技術(shù)組成還處于各自獨(dú)立發(fā)展及研究階段，尚未形成完整的技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈。”孫偉說(shuō)，“3D生物打印第一到第三層次技術(shù)上相對(duì)成熟，但面臨產(chǎn)業(yè)化的難題，第四層次則需要占領(lǐng)技術(shù)的制高點(diǎn)。”

而生產(chǎn)成本高、打印材料的欠缺、移植后機(jī)體免疫排斥等一系列技術(shù)問(wèn)題，也使得3D生物打印在從定制化產(chǎn)品走向大規(guī)模臨床應(yīng)用方面，還存在著很多障礙。

另外，北京大學(xué)口腔醫(yī)院主任醫(yī)師唐志輝表示，由于醫(yī)療用品要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的臨床應(yīng)用階段和嚴(yán)格的審批制度，這也在一定程度上制約了3D生物打印應(yīng)用的推廣。

不少業(yè)內(nèi)人士呼吁，3D生物打印前景廣闊，政府應(yīng)出臺(tái)相應(yīng)的扶持政策，同時(shí)監(jiān)管部門(mén)也應(yīng)更新監(jiān)管思路，積極應(yīng)對(duì)新技術(shù)帶來(lái)的生產(chǎn)模式的變革。

“雖然目前面臨的困難很多，但是我們非常樂(lè)觀(guān)，相信現(xiàn)在這個(gè)‘小蛋糕’會(huì)變成‘大蛋糕’。”徐銘恩說(shuō)。

（來(lái)源：科學(xué)網(wǎng)）