生物打印將“印”出器官移植新篇章

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本報(bào)記者 李文龍

生物打印技術(shù)是利用三維打印技術(shù)解決醫(yī)學(xué)問(wèn)題，能在器官或組織發(fā)育過(guò)程中，在空間上精確地排列細(xì)胞,、蛋白質(zhì),、基因,、藥物和其他生物活性物質(zhì)。這一技術(shù)是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有革命意義的重大突破,，已經(jīng)受到全世界科學(xué)家和普通大眾的廣泛關(guān)注。

生物打印技術(shù)：應(yīng)用潛力巨大的醫(yī)學(xué)革命

生物打印技術(shù)通過(guò)軟件分層離散和數(shù)控成型的方法成型生物材料,，其主要利用的技術(shù)包括三維生物噴墨、纖維擠壓成型和激光輔助細(xì)胞打印,。這一技術(shù)的出現(xiàn)預(yù)示著一場(chǎng)醫(yī)學(xué)新革命或?qū)?lái)臨,，人類的醫(yī)療史將被改寫(xiě),。

該技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前,，已被用于制造個(gè)性化生物醫(yī)藥材料、藥物檢測(cè)和篩選,、癌癥或其他多種疾病研究等。而利用生物打印技術(shù)制造器官或組織更是開(kāi)創(chuàng)了器官移植的新紀(jì)元,，為人類健康帶來(lái)了福音。利用生物打印技術(shù)制造生物器官的研究目前方興未艾,，但隨著這一技術(shù)的發(fā)展，移植器官資源緊缺的問(wèn)題將得到有效緩解,，器官移植的成本也將大幅降低,。此外，利用生物打印制造的器官進(jìn)行移植可以有效減少機(jī)體排異反應(yīng)的產(chǎn)生,，可有效提高移植成功率,。

目前,，利用生物打印技術(shù)制造生物組織和器官的方法有兩種,，分別是制造具有血管的生物組織和器官的體外打印技術(shù)，以及用于直接在病變部位進(jìn)行組織再生的體內(nèi)打印技術(shù),。

體外生物打印：能造有血管的組織和器官

利用體外生物打印技術(shù)制造完整且具有生物活性的器官,，雖然具有廣泛的應(yīng)用前景,，但這一技術(shù)仍存在很多困難。很多生物學(xué),、生物打印技術(shù)、生物打印材料,、生物打印后續(xù)成熟過(guò)程等多個(gè)方面均存在諸多技術(shù)限制,。所以科學(xué)家首先把研究重點(diǎn)放到利用生物打印技術(shù)制造生物組織方面。

體外打印生物組織是非常尖端而又精密復(fù)雜的過(guò)程,，需要對(duì)多層細(xì)胞進(jìn)行分級(jí)排列,，并在組織內(nèi)生成血管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),。科學(xué)家利用體外生物打印技術(shù)已制造出多種生物組織,，其中人工打印的氣管,、下頜和軟骨組織已成功用于臨床治療。但在制造心臟,、胰腺或者肝臟等具較高氧氣消耗速率的組織時(shí)遇到了困難。其最主要的問(wèn)題是如何將上述器官血管脈絡(luò)中的動(dòng)脈,、靜脈與毛細(xì)血管整合起來(lái),。因?yàn)樵趤單⒚壮潭壬洗蛴∶?xì)血管非常困難?？茖W(xué)家通過(guò)首先打印大血管,，再由大血管自然地產(chǎn)生毛細(xì)血管的方法實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)血管的打印。另外,，科學(xué)家也已成功打印出連接血管和相鄰毛細(xì)血管的通道,，完成了血管重塑。

生物打印材料和其打印后的成長(zhǎng)過(guò)程,，對(duì)于體外打印生物組織也至關(guān)重要,。生物打印的材料能夠影響生物組織的生化（如生長(zhǎng)因子、粘合因子和信號(hào)蛋白）和物理學(xué)特征（如細(xì)胞外基質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等）,，進(jìn)而影響細(xì)胞生存、分裂和分化的環(huán)境,。生物打印材料必須具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,，并且不能在生物打印之后溶解,；能使干細(xì)胞分化成組織特異的細(xì)胞系并避免器官移植后產(chǎn)生免疫反應(yīng)。同時(shí),，生物墨水必須能快速固化成型，且價(jià)格低廉,、材料豐富,。目前，很多天然的或人工合成的生物墨水已經(jīng)被用于打印制造生物組織,。生物打印的后續(xù)過(guò)程中的機(jī)械和化學(xué)刺激對(duì)組織的生長(zhǎng)和發(fā)育也有重要影響。

體內(nèi)生物打?。涸诓∽儾课恢苯釉偕M織

體內(nèi)生物打印主要利用生物噴墨打印技術(shù)，能在病變部位直接重新長(zhǎng)出組織和器官,，并能夠整合到原有組織上。利用這一技術(shù)制作的皮膚細(xì)胞能夠有效地治療燒傷，并將在戰(zhàn)場(chǎng)上和災(zāi)區(qū)救治傷員發(fā)揮巨大作用,。

體內(nèi)打印技術(shù)對(duì)于在病變的部位直接進(jìn)行組織再生非常有效。這項(xiàng)技術(shù)在臨床應(yīng)用中有許多優(yōu)點(diǎn),。首先，在病變部位直接打印生物組織不需要根據(jù)病變部位的幾何性狀提前制作塑形模具,，進(jìn)而可以減少污染并提高細(xì)胞活性,。第二，在制造某些具有特殊功能的生物組織時(shí),，體內(nèi)打印可在體內(nèi)直接打印干細(xì)胞，隨后可分化出人類所需要的細(xì)胞類型,。第三，體內(nèi)打印能夠在體內(nèi)缺陷部位精確地排列細(xì)胞,、基因和其他生物活性物質(zhì),，而不會(huì)發(fā)生變形,。同時(shí)體內(nèi)打印技術(shù)可對(duì)組織進(jìn)行進(jìn)行精細(xì)控制,，如在不同的細(xì)胞層打印不同的細(xì)胞因子。第四,，體內(nèi)打印技術(shù)能夠在形狀不規(guī)則的病變部位精確地制造組織和器官，直接進(jìn)行組織再生,。第五,，體內(nèi)打印技術(shù)利用自動(dòng)打印機(jī)能夠在體內(nèi)不平整的的病變部位進(jìn)行多角度的生物打印。

因?yàn)榫哂兄T多優(yōu)點(diǎn),，體內(nèi)生物打印技術(shù)將被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，但這仍然需要大量的探索和實(shí)踐,。