【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】美國科學(xué)家研發(fā)出了一款可以打印大尺寸“活”組織的3D打印機(jī)，這些組織移植到老鼠身上后能夠長時間地存活，并逐漸“融入”到了周圍的組織里。這項(xiàng)新的突破使科學(xué)家距離3D打印出真正的組織乃至器官，并將其用于臨床治療又近了一步。　　1986年，美國人查爾斯·赫爾（CharlesHull）發(fā)明了3D打印技術(shù)。在隨后的30年間，尤其是進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等諸多領(lǐng)域的進(jìn)展，3D打印技術(shù)取得了長足的進(jìn)步。如今，你能在網(wǎng)上下載到各式各樣的3D模型文件，用3D打印機(jī)為自己打印一個小擺件。但3D打印技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止局限在給人們的生活增添一抹亮色上：設(shè)計(jì)師可以用3D打印機(jī)把自己設(shè)計(jì)的作品的模型打印出來，讓客戶有更加直觀的體驗(yàn)；在工業(yè)生產(chǎn)上，有越來越多的零部件的生產(chǎn)正在使用著3D打印技術(shù)，比如，空中客車公司就宣稱其生產(chǎn)的A350XWB機(jī)型的飛機(jī)有超過1000種零部件是用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的；科學(xué)家和醫(yī)生能夠用3D打印機(jī)根據(jù)病人的體貌特征，“定制級”地打印出各類植入物，為病人做移植手術(shù)。
　　
　　在3D打印技術(shù)方面，美國科學(xué)家近在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域又有了新的突破。在2月15日提前在線發(fā)表在《自然生物技術(shù)》（NatureBiotechnology）雜志上的一篇論文中，美國維克森林大學(xué)（WakeForestUniversity）再生醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家報(bào)告了他們研發(fā)出的一款3D生物打印機(jī)。使用這種“集成型組織-器官打印機(jī)”（IntegratedTissue-OrganPrinter），研究人員成功地打印出了大尺寸的“活”的組織，包括一個外耳形狀的軟骨、下顎骨、頭蓋骨以及肌肉組織。把這些組織移植到老鼠身上后，這些組織都能夠長時間地存活下來，并且逐漸“融入”到了周圍的組織里。這項(xiàng)新的突破使科學(xué)家距離3D打印出組織甚至器官，并將其用于臨床治療又近了一步。
　　
　　生物打印的困境
　　
　　3D生物打印機(jī)和常規(guī)的3D打印機(jī)的原理完全一樣，也是根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的打印程序把“墨水”逐層打印出來，終得到需要打印的物體。與常規(guī)的3D打印機(jī)之間的區(qū)別在“墨水”上：3D生物打印機(jī)的“墨水”通常都是各類生物材料或者具有生物相容性的人工合成材料。根據(jù)不同的打印目的，在打印時這些材料中有時還會包含有活的細(xì)胞。這些生物或者人工合成材料的作用有的是為細(xì)胞提供一定程度的保護(hù)、促進(jìn)它們的生長，其它一些材料則是扮演“骨骼”的角色，把打印出的組織“撐”起來，防止其“坍塌”。由于打印時需要保證不破壞這些生物材料和細(xì)胞的生物學(xué)活性，所以3D生物打印機(jī)對打印條件的要求更為苛刻（比如打印溫度不能過高，打印時間要盡量短等等）。
　　
　　“集成型組織-器官打印機(jī)”并不是科研人員研發(fā)出的款3D生物打印機(jī)。科學(xué)家一直以來都在致力于使用生物材料和細(xì)胞作為“墨水”打印出組織甚至器官。如果能夠打印出組織或者器官，科學(xué)家不僅能夠使用它們對各種疾病進(jìn)行研究，而且還能把它們用于檢測新研發(fā)的藥物的療效和毒副作用，甚至還能將這些組織和器官移植到病人的體內(nèi)，減輕病人的痛苦、挽救病人的生命。
　　
　　遺憾的是，長期以來，這些嘗試都面臨著很大的困難。由于不同“墨水”的化學(xué)和物理特性各不相同，不同原理的3D生物打印機(jī)（現(xiàn)有的3D生物打印機(jī)“噴灑”“墨水”的原理不止一種，比如有的類似于普通的噴墨打印機(jī)，有的“噴灑”“墨水”的方式更像擠牙膏）也有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，此前的3D生物打印機(jī)要么打印出的組織厚度有限，要么難于打印出外形復(fù)雜的組織。
　　
　　另一方面，打印出的組織要長期“存活”，其中的細(xì)胞必須要源源不斷地獲取營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣。由于打印出的組織中沒有血管，所以組織深處的細(xì)胞要獲取這兩類物質(zhì)只能依賴于它們自己擴(kuò)散到細(xì)胞所在的位置。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在3D打印出的組織中，營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的擴(kuò)散極限只有100-200微米（0.1-0.2毫米），這個限制使此前打印出的組織通常尺度都極其微小，多數(shù)都停留在毫米級，很多甚至不足1毫米?！　?div style="text-align: center">　　
研究團(tuán)隊(duì)的阿塔拉（AnthonyAtala）。（南方周末資料圖/圖）