世界首台「3D人體印表機」問世：各類可移植器官都能「造」出來

仿生精準度堪比「西部世界」。

文 | 垠雪

編輯 | 傅博

繼3D列印的卵巢成功植入實驗鼠之後，基於美國肯塔基州的軟體公司Advanced Solutions開發出了世界上第一台在六軸機器人上運行的3D人體印表機。它勝在模擬身體組織和器官的精確度。而且，它所使用的列印材料「生物墨水」，也能讓3D列印的器官與人體更加融合。

這對於解決器官人體移植短缺的情況，或許是一個好消息。

這個印表機被稱為BioAssemblyBot，是第二代專註於生產醫療材料的3D印表機。Advanced Solutions的總裁兼CEO Michael Golway在接受CNBC採訪時說，他們的目標是3D列印人體器官。

BioAssemblyBot使用觸摸屏和激光感測器來告訴機器人手臂和噴嘴應該如何移動。它通過一個名為組織結構信息建模（TSIM）的軟體進行操作。 TSIM允許用戶在BioAssemblyBot複製器官之前，對組織結構進行可視化的設計。

通過TSIM，你可以首先導入器官的相應圖片，比如病人的核磁共振成像或CT掃描。在3D空間中，這些模型可以被自由操作，並根據病人的特定需求進行修改，包括添加或減少組件。 TSIM軟體的建模還可以調整模型的物理材料等特性，對3D模型對象進行定義、創建、更新，附加數據屬性和材料分配。

TSIM就像一個設計平台，而BioAssemblyBot則對照著設計結果進行生產。為了與BioAssemblyBot進行無縫對接， TSIM的內置翻譯器提取組織結構模型的精確3D坐標，同時保存這些數據屬性（例如材料、細胞類型、位置等），以保證3D印表機可以精確複製和構建一個與模型相同的人體組織結構。

一旦3D模型在TSIM中建造完畢，這些數據就會被發送到BioAssemblyBot的工作站進行列印。使用六軸機械臂，BioAssemblyBot可以精確地構造一個3D組織結構和模型。

「我們發明的工具，如BioAssemblyBot，使我們的科學家和客戶能夠以前所未有的方式推進生物學發展，這非常令人興奮，」Golway在接受CNBC採訪時說。

該過程最具挑戰性的方面是「生物墨水」，也就是用於3D生物列印的材料。 生物墨水既要滿足列印過程中的機械需求，又要包含組織正常運作和生長所需的元素。

「我們可以列印肝細胞，並將其與我們的血管化技術結合在3D結構中，這樣就可以開始製造一個可以正常運作的肝臟。」

Advanced Solutions及其客戶也使用該技術模擬肺、心臟、腎臟、胰腺、骨骼甚至人體皮膚的3D列印器官。

該公司正在使用來自患者的原材料，如組織細胞等，在體外生產3D結構。他們認為血管化的部分，比如讓血液能夠在組織中流動，是一個非常關鍵的部分。這對於3D列印器官的長期發展來說，也是一個基礎性的步驟。Golway表示：

「我們相信，在接下來的五年里，你將看到從研究到臨床等方方面面的革新，我們正在努力為患者想出功能性的解決方案。我能看到未來將會有圍繞道德而進行的大量辯論和討論，我非常有信心，一旦我們發展到臨床的階段，這對於病人來說將會是一個非常安全的應用。」

生物列印起源於21世紀初，當時人們發現活細胞可以通過噴墨印表機的噴嘴噴射而構建出來，同時還不會不損壞它們。今天，使用多個列印頭噴出不同的細胞類型、以及有助於保持結構形狀的聚合物，可以將一層層的細胞結合在一起，讓它們生長成活的、可以正常運轉的組織。

各地的研究人員正在修復腎臟和肝臟組織、皮膚、骨骼和軟骨，以及保持身體部位活躍所需的血管網路。他們將列印的耳朵、骨骼和肌肉植入到動物身體中，並觀察這些耳朵、骨骼和肌肉與他們的主人是否可以和諧地融合為一個整體。

譬如藍光英諾，他們是一家總部設在成都的生物技術公司，他們已成功將3D列印動脈的一部分植入猴子體內。這是研究人員試圖將列印出來的器官用於人類的第一步。同樣，美國聖地亞哥的一家公司Organovo在2016年宣布，已經將列印的肝組織移植到老鼠身上，這種組織已經存活下來並且運作正常。該機構希望在三到五年內將這一技術發展成為針對慢性肝衰竭和早產兒新陳代謝功能障礙的治療方式。該公司估計，僅在美國，這種治療方式每年的市場價值將超過30億美元。

除了直接將列印的器官活組織用於醫學治療，生物列印還可以幫助開發和測試其它類型的治療。Organovo已經開始提供腎臟和肝臟組織，用來測試處於開發過程中的藥物功效和安全性。

如果這可以成功，動物保護者將會很高興，因為它會減少動物參與藥物試驗的數量。當然，它可能也會吸引毒品公司，因為被測試的組織來源於人類，所以獲得的結果應該比用於其它物種的測試結果更可靠。

出於類似的原因，歐萊雅、寶潔等公司都在致力於列印人體皮膚。他們使用它來測試其產品的不良反應。歐萊雅已經使用相對陳舊的技術，每年製造約5平方米的皮膚。生物列印將允許其製造更多皮膚，並且還能讓它生產出不同的類型和紋理的皮膚。

印刷皮膚最終可能用於修復皮膚灼傷和潰瘍。研究人員也正在計劃將皮膚直接植入到人的身體表面。賓夕法尼亞州的一家公司Renovacare開發了一種槍，將皮膚幹細胞直接噴到傷員身上。但這個治療方法的前提是，幹細胞來自於患者本身，這樣患者的免疫系統才不會抗拒這些新的組織。

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