结构相似而功能不足 3D打印器官研究遇瓶颈

路过的码农2017-08-02 08:47

  目前除了3D打印骨骼已有不少成功的人体移植案例外,其他3D打印器官和组织鲜少被临床医学界接受。究其原因,主要在于结构相似而功能不足。假以时日,这一瓶颈终会被突破,3D打印将掀起再生医学的革新浪潮,让更多病患重获新生。

结构相似而功能不足 3D打印器官研究遇瓶颈

  结构相似而功能不足3D打印器官研究遇瓶颈

  近日,澳大利亚伍伦贡大学研发出一种利用生物墨水3D打印人类诱导多能干细胞的方法。根据研究人员的介绍,该项技术能够3D打印任何类型的人体组织,这其中自然也包括脑组织。因此,3D打印大脑再度成为业界热议的话题。

  大脑可谓最为神秘的人体器官。直至今天,人类对大脑的认知仍十分有限,这个只占人体重量2%的黑箱还包藏着太多的未知。或许与大脑的复杂神秘性有关,目前,在3D打印器官的研究领域中,进展最缓慢的大概也是大脑了。

  针对人体的生物3D打印大致可分为三个阶段:首先是3D打印器官模型阶段,此时的所谓“器官”不具有任何生物属性,只是结构上的模仿,多用于术前的参考,加强医患沟通;其次是3D打印活性组织阶段,这时的3D打印成果具有了生物活性,甚至可以植入人体;最后一个阶段是3D打印活性器官,其成品可植入人体并代替原生器官实现功能。

  3D打印大脑的研究目前主要还是在第一阶段徘徊:2015年,一个发烧友的自制3D打印大脑教程风靡开源硬件热站Instructables,那时所谓的3D打印大脑多半是创客们为自己大脑制造的外观模型;2016年,哈佛大学用凝胶制作了一个3D打印大脑,这是一个典型的医疗模型,主要用于研究大脑皮层褶皱形成之谜;同年,为了探索阿尔茨海默病和帕金森症的病理,伍伦贡大学开始尝试建立3D打印的活性脑组织结构;对于伍伦贡大学今年的新方法是否能成功打印出脑组织,我们只能说是拭目以待。总而言之,业界的3D打印大脑研究对结构的模仿已颇有心得,但却还无法上升到功能复制的层面。

  至于人体其他器官和组织的3D打印,则大多进入了第二阶段。具有生物活性的3D打印肝脏、肾脏、卵巢、骨骼、肌肉、皮肤等都已问世,它们或在小鼠等生物体内移植成功并实现相应功能,或被科研机构或企业认可进而成为商业化的被试材料。然而,这其中有一个不容忽视的问题:目前除了3D打印骨骼已有不少成功的人体移植案例外,其他3D打印器官和组织鲜少被临床医学界接受。究其原因,其实与3D打印大脑的困境一样,即结构相似而功能不足。

  即便3D打印对原生器官的结构进行了极度逼真的模仿,也难以将其功能一成不变地克隆出来,生命的复杂性正在于此。再者,尽管目前有一些3D打印器官或组织具备了一定的生物功能,人们也无法保证其维持运转的耐久度和功能的全面性。更何况,对于3D打印细胞癌变的研究也尚不成熟,我们无法判断这些3D打印产物会否给人体带来更高的癌症威胁。目前,我国仅有四款3D打印植入物通过了国家食品药品监督管理总局的认证,足见业界目前对3D打印活性器官和组织植入人体的接受度还很低。

  大多数生物3D打印公司并不满足于生产模型和被试材料,普遍以制造可植入人体的3D打印器官为奋斗目标,功能性3D打印生物组织遂成为业界关注的焦点。我们相信,假以时日,这一瓶颈终会被突破,3D打印将掀起再生医学的革新浪潮,让更多病患重获新生。


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