世界首台3D人体打印机问世: 鼻子, 嘴巴以及各类可移植器官都能“造”出来

作者| 廖垠雪

编辑| 傅博

继3D打印的卵巢成功植入实验鼠之后，基于美国肯塔基州的软件公司Advanced Solutions开发出了世界上第一台在六轴机器人上运行的3D人体打印机。它胜在模拟身体组织和器官的精确度。而且，它所使用的打印材料“生物墨水”，也能让3D打印的器官与人体更加融合。

这对于解决器官人体移植短缺的情况，或许是一个好消息。

这个打印机被称为BioAssemblyBot，是第二代专注于生产医疗材料的3D打印机。Advanced Solutions的总裁兼CEO Michael Golway在接受CNBC采访时说，他们的目标是3D打印人体器官。

BioAssemblyBot使用触摸屏和激光传感器来告诉机器人手臂和喷嘴应该如何移动。它通过一个名为组织结构信息建模（TSIM）的软件进行操作。 TSIM允许用户在BioAssemblyBot复制器官之前，对组织结构进行可视化的设计。

通过TSIM，你可以首先导入器官的相应图片，比如病人的核磁共振成像或CT扫描。在3D空间中，这些模型可以被自由操作，并根据病人的特定需求进行修改，包括添加或减少组件。 TSIM软件的建模还可以调整模型的物理材料等特性，对3D模型对象进行定义、创建、更新，附加数据属性和材料分配。

TSIM就像一个设计平台，而BioAssemblyBot则对照着设计结果进行生产。为了与BioAssemblyBot进行无缝对接， TSIM的内置翻译器提取组织结构模型的精确3D坐标，同时保存这些数据属性（例如材料、细胞类型、位置等），以保证3D打印机可以精确复制和构建一个与模型相同的人体组织结构。

一旦3D模型在TSIM中建造完毕，这些数据就会被发送到BioAssemblyBot的工作站进行打印。使用六轴机械臂，BioAssemblyBot可以精确地构造一个3D组织结构和模型。

“我们发明的工具，如BioAssemblyBot，使我们的科学家和客户能够以前所未有的方式推进生物学发展，这非常令人兴奋，”Golway在接受CNBC采访时说。

该过程最具挑战性的方面是“生物墨水”，也就是用于3D生物打印的材料。 生物墨水既要满足打印过程中的机械需求，又要包含组织正常运作和生长所需的元素。

“我们可以打印肝细胞，并将其与我们的血管化技术结合在3D结构中，这样就可以开始制造一个可以正常运作的肝脏。”

Advanced Solutions及其客户也使用该技术模拟肺、心脏、肾脏、胰腺、骨骼甚至人体皮肤的3D打印器官。

该公司正在使用来自患者的原材料，如组织细胞等，在体外生产3D结构。他们认为血管化的部分，比如让血液能够在组织中流动，是一个非常关键的部分。这对于3D打印器官的长期发展来说，也是一个基础性的步骤。Golway表示：

“我们相信，在接下来的五年里，你将看到从研究到临床等方方面面的革新，我们正在努力为患者想出功能性的解决方案。我能看到未来将会有围绕道德而进行的大量辩论和讨论，我非常有信心，一旦我们发展到临床的阶段，这对于病人来说将会是一个非常安全的应用。”

生物打印起源于21世纪初，当时人们发现活细胞可以通过喷墨打印机的喷嘴喷射而构建出来，同时还不会不损坏它们。今天，使用多个打印头喷出不同的细胞类型、以及有助于保持结构形状的聚合物，可以将一层层的细胞结合在一起，让它们生长成活的、可以正常运转的组织。

各地的研究人员正在修复肾脏和肝脏组织、皮肤、骨骼和软骨，以及保持身体部位活跃所需的血管网络。他们将打印的耳朵、骨骼和肌肉植入到动物身体中，并观察这些耳朵、骨骼和肌肉与他们的主人是否可以和谐地融合为一个整体。

譬如蓝光英诺，他们是一家总部设在成都的生物技术公司，他们已成功将3D打印动脉的一部分植入猴子体内。这是研究人员试图将打印出来的器官用于人类的第一步。同样，美国圣地亚哥的一家公司Organovo在2016年宣布，已经将打印的肝组织移植到老鼠身上，这种组织已经存活下来并且运作正常。该机构希望在三到五年内将这一技术发展成为针对慢性肝衰竭和早产儿新陈代谢功能障碍的治疗方式。该公司估计，仅在美国，这种治疗方式每年的市场价值将超过30亿美元。

除了直接将打印的器官活组织用于医学治疗，生物打印还可以帮助开发和测试其它类型的治疗。 Organovo已经开始提供肾脏和肝脏组织，用来测试处于开发过程中的药物功效和安全性。

如果这可以成功，动物保护者将会很高兴，因为它会减少动物参与药物试验的数量。当然，它可能也会吸引毒品公司，因为被测试的组织来源于人类，所以获得的结果应该比用于其它物种的测试结果更可靠。

出于类似的原因，欧莱雅、宝洁等公司都在致力于打印人体皮肤。他们使用它来测试其产品的不良反应。欧莱雅已经使用相对陈旧的技术，每年制造约5平方米的皮肤。生物打印将允许其制造更多皮肤，并且还能让它生产出不同的类型和纹理的皮肤。

印刷皮肤最终可能用于修复皮肤灼伤和溃疡。研究人员也正在计划将皮肤直接植入到人的身体表面。宾夕法尼亚州的一家公司Renovacare开发了一种枪，将皮肤干细胞直接喷到伤员身上。但这个治疗方法的前提是，干细胞来自于患者本身，这样患者的免疫系统才不会抗拒这些新的组织。