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    活體腎臟移植排隊要等多久？醫學(xué)實(shí)驗室如何有效教學(xué)？制藥研發(fā)必須使用動(dòng)物或人體試驗嗎？
 

    日前，來(lái)自杭州電子科技大學(xué)的科學(xué)團隊自主研發(fā)出一臺生物材料3D打印機。通過(guò)這臺打印機，使用水凝膠及人體活細胞作為材料，已經(jīng)成功打印出較小比例的人類(lèi)耳朵軟骨組織、肝臟單元、腎臟單元、血管……甚至人臉。
 

    科學(xué)家預計未來(lái)10~15年，打印活體"肝"、"腎"并進(jìn)行移植將有望推廣。

    屆時(shí)，人類(lèi)益壽延年并非南柯一夢(mèng)。

    8月9日，在杭州電子科技大學(xué)2號教研樓332實(shí)驗室內，本報記者見(jiàn)證了打印機打印人體器官。

    活細胞存活率達90%

    這臺通體黑色，重達50公斤，一臺縫紉機大小名叫"Regenovo"的機器，打印的就是人類(lèi)耳朵軟骨組織，構成肝臟的肝單元組織、血管等。這臺打印機"干活"非常迅速，打印一個(gè)比例稍小的耳朵或鼻子只需半小時(shí)到1小時(shí)，一張手心大小的人類(lèi)臉部面具，大約只需4小時(shí)，耗費的水凝膠材料也不過(guò)50毫升。

    "Regenovo"的主要開(kāi)發(fā)者杭州電子科技大學(xué)生命信息與儀器工程學(xué)院教授徐銘恩把水凝膠和人體活細胞比作"搭金字塔"的磚與水泥。除了活細胞，"Regenovo"還可使用多種生物材料。此前，徐銘恩的團隊將用它打印出骨骼支架用在小鼠的大腿外側實(shí)驗，生物材料降解后，產(chǎn)生許多軟骨，獲得成功。

    幾天前，來(lái)自浙江大學(xué)、解放軍117醫院等多位教授對"Regenovo"進(jìn)行鑒定。這份鑒定報告讓徐銘恩與他的團隊被外界關(guān)注。

    這份報告稱(chēng)，與國際同類(lèi)的生物3D打印機相比，"Regenovo"不僅率先實(shí)現無(wú)菌條件下的生物材料和細胞3D打印，新型的溫控單元和打印噴頭設計，能夠支持從-5℃到260℃熔融的多種生物材料打印。同時(shí)，打印出的人體活細胞有著(zhù)高達90%的存活率。目前打印的活細胞存活時(shí)間最長(cháng)為4個(gè)月。

    造"活器官"不再是夢(mèng)

    在從2000年就開(kāi)始從事生物醫學(xué)工程研究的徐銘恩看來(lái)，生物3D打印屬于生物制造的概念范疇，生物制造就是以先進(jìn)制造技術(shù)去解決生命科學(xué)和醫學(xué)中的問(wèn)題。我國在生物制造領(lǐng)域一直處于世界前列水平，清華大學(xué)的顏永年教授是這一領(lǐng)域的先驅。

    徐銘恩認為，當3D打印與醫學(xué)影像建模、與仿真技術(shù)結合后，能夠在人工假體、植入體、人工組織器官制造方面產(chǎn)生巨大推動(dòng)效應。比如假牙和假肢的應用，能根據每個(gè)人的特定情況"量身定做".在目前技術(shù)發(fā)展下，未來(lái)15~20年，人類(lèi)有可能擁有一個(gè)自身細胞打印的肝臟器官用于移植。

    "好技術(shù)就應該拿出來(lái)分享",36歲的徐銘恩說(shuō)，這是他的導師、清華大學(xué)教授顏永年對他說(shuō)過(guò)的一句話(huà)。

    目前精度還不夠

    盡管活細胞打印，開(kāi)啟了人類(lèi)打印器官組織的研究活動(dòng)，但從實(shí)驗室到真正醫療運用，乃至器官移植仍需要時(shí)間。"主要是精度還不夠",徐銘恩說(shuō)，用"Regenovo"打印的肝單元結構，比普通細胞大五倍。"這好比電腦屏幕的分辨率，生物3D打印的細胞比正常細胞要粗糙5倍。"而且，人類(lèi)對細胞認識與研究還不夠，可供3D打印的細胞種類(lèi)仍不多。

    參與"Regenovo"鑒定的浙江大學(xué)醫學(xué)部基礎醫學(xué)系教授李繼承認為，未來(lái)器官打印或者可以緩解腎臟、肝臟移植問(wèn)題。但離開(kāi)人體環(huán)境，如何讓不同于干細胞的神經(jīng)細胞生存，如何在打印肝臟的同時(shí)解決肝臟內部循環(huán)的問(wèn)題，還需要多學(xué)科參與研究。

    今年下半年，從立項到完成僅1年，研發(fā)投入人民幣100萬(wàn)元的"Regenovo"生物3D打印機將開(kāi)始為大學(xué)實(shí)驗室、研究型醫院、生物醫藥公司等提供技術(shù)服務(wù)。

    腎臟打印全過(guò)程

    在實(shí)驗室里，一張普通桌子上，擺放著(zhù)純黑色的生物3D打印機主機。生物打印主機長(cháng)、寬、高分別是64厘米、50厘米、70厘米。跟此前的制造型3D打印機不同，生物3D打印機還有一個(gè)黑色"上行機",兩者加起來(lái)的體重是50公斤。此外，生物3D打印機主機的噴口僅有80微米，以此保持精準度。

    通過(guò)掃描在電腦中形成以三維設計模型為基礎的成像"圖紙",然后3D打印機再通過(guò)分層離散和數控成型的方法用活細胞與水凝膠來(lái)搭建器官。搭建完畢后，打印出來(lái)后的細胞支架還要進(jìn)行進(jìn)一步的細胞培養，誘導形成具有功能的組織和器官，最后，完成歷史使命的水凝膠也會(huì )降解。

    在打印過(guò)程中，本報記者看到，從細小的噴頭里會(huì )擠出肉眼仔細觀(guān)察才能看到的含有活性細胞的水凝膠。就像擠奶油拉花一樣，纖細的水凝膠從噴頭噴出，在機器作用下，一層又一層地有序排列。剛出來(lái)的水凝膠是半透明的，隨著(zhù)一層層疊加，最后逐漸顯現出象牙色的器官組織形狀。打印完后，記者用手輕觸迷你的腎組織，感覺(jué)很有彈性。

    按照目前技術(shù)，打印的活體組織與血管不能同時(shí)形成。與大多數人想象的活體器官不一樣，打印器官沒(méi)有血色，也沒(méi)有血管和神經(jīng)。

    對話(huà)徐銘恩

    "通過(guò)努力，在我們這代人中實(shí)現延年益壽"

    記者：生物3D打印中的活細胞和水凝膠造價(jià)貴嗎？

    徐銘恩：活細胞是從人體血液或骨髓中提取的干細胞。水凝膠成本不算貴，50毫升幾十元。

    記者：目前，活細胞打印技術(shù)還有哪些難題？

    徐銘恩：首先是細胞精度。目前，我們打印的精度比正常組織結構要大5倍。打個(gè)比方，細胞是小朋友。雖然功能都一樣，但我們制造的小朋友比體內的小朋友要大5倍，要移植到體內，還需要有精度。其次就是如何讓這些小朋友手拉手，分好區，有序地站在一起。

    記者：如果生物打印跟細胞精度有關(guān)，未來(lái)是否可以像科幻片一樣，打印出超出人類(lèi)精度的組織，甚至是超人？

    徐銘恩：我認為不太可能。因為細胞是從人體內提取的。

    記者：對癌癥的攻克，主要是人類(lèi)對細胞結構認識還不完全清楚。生物3D打印如何讓細胞有序排列？

    徐銘恩：這是個(gè)好問(wèn)題。目前，生物3D打印的細胞種類(lèi)還有限。而且打印的細胞組織是檢測相對應的功能。比如，肝臟功能是排毒，打印的肝單元是否有效就是要產(chǎn)生這個(gè)功能。而不是打印出和人類(lèi)完全相同的肝臟。

    記者：全世界生物3D打印器官研究，都是從肝臟、腎臟乃至心臟入手，這是為什么？

    徐銘恩：首先是實(shí)際需要，等待肝臟、腎臟移植的人特別多，而器官緊缺是一個(gè)現實(shí)問(wèn)題。其次，相對心臟、腎臟，肝臟的一些功能實(shí)現比較簡(jiǎn)單。比如，腎臟涉及到尿液隔膜，這就好比讓小朋友不僅要排隊，有些還需要面對面排隊，有些要背對背，排序特別難。心臟則更為復雜。而肝臟細胞的排列較為簡(jiǎn)單。

    記者：生物3D打印的終極目標是制造具有完整功能的人。你認為人類(lèi)實(shí)現永生可能嗎？

    徐銘恩：從秦始皇到現在，人類(lèi)都在追求永生。從群體的角度來(lái)講，沒(méi)有死亡是非常可怕的一件事。這意味著(zhù)沒(méi)有了競爭。從個(gè)體角度而言，這是人人需面對的。我認為，通過(guò)努力，在我們這代人有生之年，實(shí)現人類(lèi)壽命延長(cháng)，還是可以實(shí)現的。