3D生物列印「易容術」使皮膚創傷士兵有望「重獲容顏」

制 圖：曾敬戈

用3D列印為自己造個「臉」，聽起來確實驚悚。日前，俄羅斯研究人員表示，首張人造皮膚將於2018年年底在俄羅斯正式問世。無獨有偶，美國矽谷一家公司也於近日推出了3D面部相機與3D面部印表機的「組合體」，可輕鬆製作出人皮面具。

帶來這一變化的是3D生物列印技術——一種以計算機三維模型為「圖紙」，裝配特製「生物墨水」，最終製造出人造器官和生物醫學產品的新科技手段。隨著相關技術的快速發展，3D生物列印不僅會開啟人類「易容術」，而且在經濟生活和國防軍事等領域也有廣泛的應用前景。

揭開面紗——

人造皮膚是怎樣煉成的

在醫療技術高度發達的今天，戰場作戰的士兵一旦因燒傷引起皮膚損傷，仍缺乏有效的治療方法。曾幾何時，研究人員還專門在實驗室里開展過人體組織結構的培育工作。但從上個世紀80年代日漸興起的3D生物列印技術，無疑為「人造」皮膚打開了一扇大門。

此前，西班牙研究人員曾研發出一款3D生物印表機。這種印表機可製造出足以「以假亂真」的功能性仿人類皮膚，不僅可用於相關測試研究，更可對皮膚受損患者進行修復移植。

然而，人造皮膚的製備說起來容易，做起來難。看似薄薄的一層皮膚，除了要擔當人體與外部環境的「警衛」任務外，還要具備感覺、調溫和分泌汗液等諸多功能。要想在組織結構「形似」的基礎上，進一步研製出具備組織功能、更加「神似」的皮膚，這無疑對生物列印技術提出了極高要求。

目前，用於製備人造皮膚的3D生物印表機，獨具匠心地設計出一種「生物墨水」，這一墨水使用的是由血漿、蛋白質和皮膚細胞組成的獨特配方，在計算機的精確控制下，能按一定結構有序排列並進行物質沉積，從而製備出人造皮膚。

人造皮膚的製備離不開3D印表機的精確控制。要想將人造皮膚的各個「零件」完美裝配，必須首先對受損傷部位構建完整的「三維地圖」。在計算機的精確控制下，把各種組分按照皮膚的「地圖」精確堆放、層層疊加，才能得到人造皮膚的基本雛形，隨後經過一段時間的精心培養，人造皮膚才算是大功告成。

3D生物列印製備人造皮膚的一大優勢就是簡便快捷。它不再需要經歷皮膚組織切片分解、將細胞放置在實驗器皿中培養這些漫長過程，只需要對病人的皮膚細胞提取分析後進行短時間培養，經過1-2天就可開始作業。

科技革命——

生物列印絕非「一日之功」

隨著3D生物列印技術的日漸成熟，不久之後人們或許就可利用3D印表機開啟皮膚的流水線生產模式。那麼，3D生物列印技術背後又有哪些不為人知的精彩呢？

3D生物列印不同於「呆板固化」的傳統3D列印，它的終極目標是製作「有血有肉」的生命體組織與器官。早在2009年，第一台3D生物印表機製備成功，並被《時代周刊》評為年度50項最佳發明之一。此後，3D生物列印進入到發展成果「井噴」階段，美國研究人員使用複合細胞的水凝膠材料，逐層列印並構建出類似腎臟的結構。同時，他們還創建出一台可以製造器官、組織和骨骼的3D印表機，可為患者提供量身定做的器官替代品。此外，日本研究人員將人造蛋白質材料通過3D列印製備成骨骼或軟骨，可進一步治療患有相關骨科疾病的患者。

3D生物列印的「獨門絕技」就在於，它用來為皮膚「搭積木」的是「生物磚」。這是一種具有仿生功能的新型幹細胞培養體系，在現代醫學精確掃描和計算機快速建模技術支持下，利用計算機精確控制逐層沉積「生物墨水」，就可製備出具有仿生結構的植入體。預計3D生物列印技術將在五年內實現對功能性血管的列印，在十年內實現心臟或肝臟等器官的列印，勢必引領現代醫學的一場技術革命。

迄今為止製備的3D生物列印植入體，大多還只具有簡單的仿生結構，並不能完全模擬人體重要器官的複雜結構和功能。畢竟，要想真正實現複雜組織結構的列印，涉及到龐大複雜的生物醫學領域，但它依舊為此提供了無限可能。

暢想未來——

「易容術」能否夢想成真

利用3D生物列印製備的新型人體皮膚，既模仿了皮膚的天然結構，又能為皮膚提供足夠的機械強度和彈性。此前，美國研究人員就曾通過3D列印技術成功製備出足以「以假亂真」的人工假耳。這種人工耳朵不僅在外觀和功能上與真耳相差無幾，並且植入人體3個月內還可長出軟骨，並逐漸實現相關功能。這項成果不禁讓人思考，3D生物列印能否讓「易容術」夢想成真？

正是看到了3D生物列印技術未來巨大的應用前景，美軍迅速開展相關技術研究。目前，美國陸軍正在對再生醫學和3D生物列印技術進行投資。美國國防部建立了武裝部隊再生醫學研究所，涉及到多所大學、軍事實驗室和相關研究人員。3D生物列印領域的「排頭兵」美國北卡羅來納州維克森林大學也是成員之一。他們的主要研究方向就是戰場受損傷的皮膚修復以及人體細胞、組織和器官的再生功能研究。

美軍前線作戰統計數據顯示，燒傷佔到了戰場傷亡總數的10%-30%。尤其是在現代戰爭高度機械化和信息化的大背景下，防護裝甲和信息化作戰大大提升了戰場生存率，但肢體殘缺、面部損傷和嚴重燒傷的士兵數量仍佔有較高比例。藉助3D生物列印技術為受傷士兵列印皮膚、修復戰爭創傷成為研究熱點。目前，美軍武裝部隊再生醫學研究所已經利用3D生物列印技術開展器官、肢體、骨骼、肌肉和心血管系統的再生技術研究，並逐步實現了受傷部位掃描、快速建模等關鍵技術突破。

然而，3D生物列印技術真正投入應用，依舊有很長的路要走。人體是個複雜而神奇的系統，我們目前仍未能準確解碼細胞之間的功能傳遞。人造的3D列印器官即便在放入人體後不會遭受排斥，但如何真正與人體細胞融合，如何真正發揮出器官的功效等問題尚待研究。

3D生物列印製備的大量成果，即使不用於人體修復，也可在醫學研究、製藥、美容、機器人技術和感測領域得到廣泛應用，或將深刻改變我們的生活。未來，藉助3D生物列印為自己量身定製一款「特殊皮膚」，實現「易容術」也不是沒有可能。（張璦敏楊詩傑）

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