觀點：器官3D打印將成為生物治療的新突破點，干細(xì)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(xué)者關(guān)注，尤其是干細(xì)胞技術(shù)在生物治療領(lǐng)域有很大的突破。干細(xì)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(shù)的成熟，拉開了干細(xì)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(shù)的全新升級。那么，3D技術(shù)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(shù)資深專家任昊博士接受了采訪。

3D技術(shù)推動干細(xì)胞技術(shù)升級

比如如何誘導(dǎo)干細(xì)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(xué)專家、生物學(xué)專家、計算機專家，甚至設(shè)計和數(shù)學(xué)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(shù)落成，將給生物學(xué)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(yīng)用3D干細(xì)胞技術(shù)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(xì)胞，干細(xì)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(yīng)有的作用。

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

△3D打印器官模型，希瑞干細(xì)胞集團供圖

以往對手術(shù)技術(shù)細(xì)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(shù)制作器官模型，在模型上先進行了一次“模擬手術(shù)”。因而能針對性地研究出手術(shù)方案，大大提高手術(shù)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(yīng)用主要有三個階段：體外手術(shù)模型、打印可用于植入人體的類器官和組織以及利用細(xì)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(shù)還運用于神經(jīng)外科及脊柱外科的個性化手術(shù)模型、假肢等，在復(fù)雜病例的手術(shù)中，有利于術(shù)前規(guī)劃、輔助病人了解病情以及醫(yī)療培訓(xùn)，極大造福了病人。

3D生物打印技術(shù)應(yīng)用的第二個階段是打印體內(nèi)植入物�！艾F(xiàn)有的軟組織修復(fù)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(xué)性能弱等問題，而傳統(tǒng)的合成材料，也具有不降解、力學(xué)順應(yīng)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�！彼�說。

在這個階段，利用3D生物打印技術(shù)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(guān)鍵難題。根據(jù)目標(biāo)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(lǐng)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(jié)構(gòu)，搭建有利于細(xì)胞爬行、成長的支架。

在前面兩個發(fā)展階段的基礎(chǔ)上，任博表示，利用細(xì)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(yīng)用潛力最大、應(yīng)用范圍最廣的3D生物打印技術(shù)。

圖為腎小管及腎小球3D打印模型

任博認(rèn)為，從技術(shù)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(xì)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(zhǔn)確性的極高要求；第三，組織及器官是由多材料及多細(xì)胞組成的非均質(zhì)體系，對制造學(xué)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(xué)團隊曾在2006年成功利用細(xì)胞擴增技術(shù)在體外培植膀胱。去年2月，該大學(xué)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(yīng)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(xì)胞集團供圖

據(jù)估算，一個不含細(xì)胞的用于組織修復(fù)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(xì)胞的3D打印產(chǎn)品，因尚有諸多技術(shù)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(lǐng)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(xué)夢。”來源：希瑞干細(xì)胞集團

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