觀點：器官3D打印將成為生物治療的新突破點，干細胞從2D升級為3D

△3D打印心臟示意圖

近年來，生物治療日益受到國內(nèi)外學者關注，尤其是干細胞技術在生物治療領域有很大的突破。干細胞不管是在免疫治療方面，還是臨床治療方面都帶來了可喜的成績，而3D技術的成熟，拉開了干細胞二維向三維升級的帷幕，有望帶動生物創(chuàng)新大革命，帶給人類醫(yī)療技術的全新升級。那么，3D技術會為未來生物治療發(fā)展帶來怎樣的影響呢？就這些問題，希瑞生命集團高級顧問，虛擬現(xiàn)實3D技術資深專家任昊博士接受了采訪。

3D技術推動干細胞技術升級

比如如何誘導干細胞像醫(yī)生們期望的那樣生長成不同的組織，如何讓這些打印出的器官和人體原有器官無縫銜接，不排斥，功能良好；如何解決打印器官的“保質(zhì)”問題……總之，這已不僅僅是3D打印方面的專家能獨立操作解決的問題，需要和醫(yī)學專家、生物學專家、計算機專家，甚至設計和數(shù)學方面的專家一起合作才有可能實現(xiàn)突破性進展。

但是，一旦此項技術落成，將給生物學界帶來難以想象的影響。器官打印一旦成熟，或許會徹底改變?nèi)祟惿�活。比如人體器官衰竭無須配型找供體，而是直接應用3D干細胞技術打印人體肝臟植入患者體內(nèi)。

任博解釋說，3D打印器官具體可以用可降解材料先打印出肝臟支架，在支架上附著干細胞，干細胞沿著器官模型迅速生長，有的生長成肌肉，有的生長成表面的組織，最后還要實現(xiàn)血管和神經(jīng)等系統(tǒng)的再造，最后支架降解，打印出來的肝臟就能發(fā)揮肝臟應有的作用。

不僅如此， 3D打印組織模型有助于醫(yī)生“精準手術”。運用3D技術以1:1的比例打印患者病變器官模型，能讓醫(yī)生在術前熟悉患者器官的具體情況。

△3D打印器官模型，希瑞干細胞集團供圖

以往對手術技術細節(jié)，醫(yī)生只能夠根據(jù)經(jīng)驗判斷，而現(xiàn)在醫(yī)生們有了新的選擇，能用生物3D打印技術制作器官模型，在模型上先進行了一次“模擬手術”。因而能針對性地研究出手術方案，大大提高手術成功率。

3D打印器官上市未來可期

任博介紹，3D生物打印的應用主要有三個階段：體外手術模型、打印可用于植入人體的類器官和組織以及利用細胞打印出活性器官和組織。上面我們說的器官模型是第一類。目前，該技術還運用于神經(jīng)外科及脊柱外科的個性化手術模型、假肢等，在復雜病例的手術中，有利于術前規(guī)劃、輔助病人了解病情以及醫(yī)療培訓，極大造福了病人。

3D生物打印技術應用的第二個階段是打印體內(nèi)植入物。“現(xiàn)有的軟組織修復材料，如動物組織、膠原等，會帶來動物疾病傳播、免疫排異、力學性能弱等問題，而傳統(tǒng)的合成材料，也具有不降解、力學順應性差、組織再生性差等局限。而3D打印在個性化以及微觀仿生方面具有突出的優(yōu)勢。”他說。

在這個階段，利用3D生物打印技術可以打印出具備良好生物相容性的人體組織，而使用的材料是關鍵難題。根據(jù)目標部位的差異，有些材料要求不降解，成為永久植入物，而部分材料則要求可以降解，跟人體組織相互發(fā)生作用，促進組織再生。

目前，任博帶領的科研團隊正在研究此類產(chǎn)品。他們正在研究微觀層面上的人體組織纖維結構，搭建有利于細胞爬行、成長的支架。

在前面兩個發(fā)展階段的基礎上，任博表示，利用細胞打印出活性器官和組織，才是現(xiàn)代意義上的3D生物打印，能夠真正實現(xiàn)“快速成型”，也將會是應用潛力最大、應用范圍最廣的3D生物打印技術。

圖為腎小管及腎小球3D打印模型

任博認為，從技術層面，還至少需要克服三個挑戰(zhàn)。首先，需要解決打印過程中脆弱的細胞能否存活、能否發(fā)育、會否變異甚至腫瘤化的問題；

其次，3D生物打印機必須滿足生物仿生對制造精度及準確性的極高要求；第三，組織及器官是由多材料及多細胞組成的非均質(zhì)體系，對制造學要求也極高。

在國外，3D生物打印研究重鎮(zhèn)美國韋克福雷斯特大學團隊曾在2006年成功利用細胞擴增技術在體外培植膀胱。去年2月，該大學的研究團隊利用新開發(fā)的3D生物打印系統(tǒng)打印出人造耳朵、骨頭和肌肉組織，移植到動物身上后都能保持活性。

雖然如此，專家們也提醒，實驗室成功不等于產(chǎn)業(yè)化成功。對醫(yī)療產(chǎn)品來說，在應用于人體之前必須符合國家法規(guī)，且在安全性、有效性方面符合臨床要求，這需要大量的實驗驗證。

△3D打印器官模型，希瑞干細胞集團供圖

據(jù)估算，一個不含細胞的用于組織修復的3D打印產(chǎn)品從研發(fā)到上市，大致需要5年到6年時間。而含活細胞的3D打印產(chǎn)品，因尚有諸多技術難題待突破，還不能估計上市時間。

在采訪的最后，任博表示：“雖然時間很長，但我們不能停止在這方面的創(chuàng)新和研究。相信通過各個領域?qū)＜业耐�力合作，我們一定能早日實現(xiàn)人類打印自身器官的科學夢�！眮碓矗合Ｈ鸶杉毎�集團

作者介紹：任昊，希瑞生命集團高級顧問，虛擬現(xiàn)實3D技術資深專家、博士，南極熊“3D打印智庫”成員。
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