3D生物打印技术

    近些年来，“3D打印”这个词不时在多个媒体中出现，这几天甚至走上了新闻联播的播报屏幕，国务院总理李克强亲自主持国务院的专题讲座，讨论加快发展先进制造与3D打印等相关问题，再次引起了大家的注意。那么，“3D打印”到底是个什么呢？3D打印是一种快速成型技术，以数字模型为基础，运用粉末或液体可粘合材料，通过逐层固化成型的方式来构建具有复杂结构的物体。3D打印过程一般通过熔融沉积、光固化、选择性激光烧结等技术实现，被应用于模型准备、工业设计、零部件制造等领域，从而得到汽车、建筑、日用品，甚至枪支武器等。但是，上述技术与我们这篇文章所介绍的3D生物打印概念还有一些区别。

    3D生物打印的概念提出：3D生物打印的最终目的是为了解决移植器官来源有限的问题，因为在现有的医疗手段中，一个器官的获取要以另一个人器官的失去为前提，而主动或被动失去的器官数量又远远少于需要的器官。例如，中国每年需要肝脏移植的终末期肝病患者有一百万左右，其中只有三到四千人接受了移植手术；而每年需要透析的十二万例病人中只有二十分之一可以找到肾源。因此，研究者们开发了很多替代方案，如使用动物来源的器官或人工制造的器官等。3D生物打印机的出现，有可能解决这方面的问题，从而延续病人的生命，提高他们的生活质量。

    3D生物打印机的原理： 3D生物打印机的开发基于现有打印技术发明，这些技术曾被用于制造工业零部件。而生物打印机的不同之处在于，它使用了生物材料，在其中可以复合细胞、生长因子等活性成分，从而逐层构建活体组织。第一台3D生物打印机的原型机已在2009年底由Organovo公司制造出来，2010年被《时代周刊》评为2010年50项最佳发明之一，但是该项技术还只是处于开发的初级阶段。通过电脑建模程序来设计需要打印的器官剖面图，从而精准指导随后的打印过程。打印过程如图1所示，研究者在供打印的液态材料中复合从骨髓、脂肪等组织中提取出的干细胞，或不同的活性因子，通过打印头将液体按照一定图案打印在接收平台上。打印头每打印过一层，就会提升一个层高的刻度，继而开始下一层图案的打印，从而逐渐实现人造组织的成型，这一过程类似于普通3D打印在工业应用中的模型制造。生物打印机可以被置于生物安全柜中，可进行各种无菌操作。打印后的组织结构可以直接被植入患者体内，其中的细胞在生长因子的调控下，重新组合、分化，最终形成新的组织和器官。从理论上讲，3D生物打印机可以使用CT等扫描技术，得到患者身体的各个部位精确图像数据，并在随后的短时间内3D打印出相应的组织，由于这些结构来源于病人的身体扫描，因此打印后的植入物可以完全模拟原有器官，顺利地进行替换，从而减轻了植入过程对患者身体带来的负担。

    未来发展前景：现在，在3D生物打印领域取得了大量的科研突破，这些突破将使得我们在未来数年内实现3D打印器官和组织的前景越来越清晰，从而最终取代人体器官移植的应用。同时，3D生物打印技术也将被用于制药、美容、食品、服装等多个领域，彻底改变我们的生活。例如，未来的病人可以在自己家中利用标准化学品构建模块，打印纳米药品，而他日常所吃的食物也来源于凝胶、明胶材料与脂肪等食品添加剂的混合打印，所穿的衣服则来自网络下载模板后的量体打印。