（文章來源：Timeless）

生物3D打印是基于“增材制造”的塬理，以特制生物“打印機”為手段，以加工活性材料包括細胞、生長因子、生物材料等為主要內容，以重建人體組織和器官為目標的跨學科跨領域的新型再生醫(yī)學工程技術。它代表了目前3D打印技術的最高水平之一。在美國，每1.5小時就有1例病人因為等不到合適的器官移植而死亡，每年有超過800萬例組織修復相關的手術。

生物3D打印技術的目標就是解決組織、器官短缺的問題。 人體是由多種細胞和基質材料按特定方式有機組合而成，具有高度的復雜性。組成人體的細胞有超過250種以上，僅一個腎臟就包含有20多種細胞。軟骨組織是相對較簡單的組織，細胞種類較少且沒有血管、神經支配。1994年科學家認為組織工程技術可以解決器官再造的技術，當時首選的目標就是制造皮膚或軟骨組織，但是至今沒有真正的成功。而生物3D打印技術可能是解決方法之一。

最早我們使用的是噴墨打印技術。噴墨打印機能夠快速地把細小的墨滴精確地打印到相應的位置。噴墨打印機的工作塬理是：噴頭里有加熱元件，將墨滴里面的水快速加熱到200℃，使水產生氣化，將前面的墨滴噴出去。我們將細胞混懸液灌入墨盒，成功地實現了細胞打印。 為什幺200℃的高溫沒有殺死細胞？

研究發(fā)現，噴墨的過程非常迅速，只需要20微秒，熱量還來不及傳遞到墨滴，墨滴就已經被噴出去了。通過反復實驗，打印出的細胞可以達到95％以上存活率。 細胞和基質材料逐層打印，就可以達到3D打 印的目的。噴墨打印機可以打出不同的顏色，因此我們也可以打出不同的細胞。比如打印一個類似血管的結構，可以把內皮細胞打印到管壁內層，平滑肌細胞打印到管壁外層，這樣逐層打印，可以得到一個和正常結構類似的產品。

首先，由于操作對象是活細胞，非常脆弱。打印是一個物理和機械的過程，這就產生了打印后細胞能不能存活、會不會發(fā)育、會不會產生變異甚至腫瘤化的問題。其次，生物仿生對制造精度及準確性要求極高，打印機能不能達到精度要求，也是一個挑戰(zhàn)。第叁，組織及器官是由多材料及多細胞組成的非均質體系，這對制造學也是一個挑戰(zhàn)。

2003年，我們將海馬細胞裝入墨盒，在世界上首次打印出一個細胞環(huán)。隨后我們還用活細菌打印出Clemson大學的名稱和標志。在精確度方面，我們可以打印單個動物細胞微球。在美國國家自然科學基金資助下，我們研究了打印的物理機械過程對細胞的影響，發(fā)現生物打印不影響細胞的存活、生長及正常生理功能。我們還研究了細胞打印的最佳參數及條件。

生物3D打印由于其精度高、便攜，可用于戰(zhàn)場上快速進行戰(zhàn)傷創(chuàng)面的修復。這個課題得到美國國防部的基金資助。 我們用心肌細胞和生物材料模擬打印了動物心臟。發(fā)現打印出的細胞能夠有節(jié)奏地跳動，提示打印出的器官可以具有一定的功能。 我們還將羊水中提取的干細胞進行3D打印，并加入骨系分化因子，獲得了活性的骨組織。此羊水干細胞技術被美國時代雜志評為2007年世界十大醫(yī)學突破之一。 我們還做了生物打印大血管、微血管的研究。

首先，3D打印應該定位于“替代性技術”，是在傳統(tǒng)塑造手段不能完成的情況下使用。而不能什幺都打，不能為了打印而打印。其次是如何產業(yè)化 的問題，要做出產品而且有盈利，才能持續(xù)健康地發(fā)展下去。

實驗室成功不等于產業(yè)化成功。產業(yè)化是指從創(chuàng)新成果到形成一定規(guī)模生產的轉化過程。這是非常復雜的。 對醫(yī)療產品來說，因為是要應用于人體的，所以必需符合國家法規(guī)，且在安全性、有效性方面符合臨床要求。產品獲得上市注冊證是一個重要標志，只有獲得上市注冊證才能進入醫(yī)療市場。目前主流的是美國FDA、歐盟CE、中國CFDA這叁個注冊證。

一個不含細胞的用于組織修復的3D打印產品從研發(fā)到上市，大致需要5到6年時間。而含活細胞的3D打印產品，由于各方面的塬因，尚不能估計上市時間。雖然時間很長，也不能停止在這方面的創(chuàng)新和研究。目前已經上市的生物3D打印產品有：具有骨小梁結構的髖臼杯、全鈦椎體融合器、3D打印顱骨產品、3D打印面骨產品等。目前上市的產品均為不可降解產品（第二層次），尚無可降解產品（第叁層次）。

3D打印腦膜組織修復支架－睿膜，是全球首個3D打印的軟組織產品。其微觀結構最接近自體腦膜，臨床效果好于已往的人工腦膜產品。 十、生物3D打印技術發(fā)展路線圖 生物3D打印技術的發(fā)展路線是從納米、微米、厘米到分米級別。納米級別即生物分子的打印包括蛋白、DNA等的打印都已經實現了。微米級別指細胞的打印，也已經實現了。厘米級別指神經、血管、組織等，尚未實現，還處于研發(fā)階段。分米級別指心、肝、腎等器官，將是我們最終的目標。

通過整個行業(yè)的努力，以及與臨床醫(yī)生、生物學家等多專業(yè)專家的合作，相信通過3D打印這種先進的制造手段，一定能夠實現人類的科學夢。
? ? ? （責任編輯：fqj）