美國(guó)科學(xué)家成功3d打印人體器官

美國(guó)維克森林大學(xué)的科學(xué)家成功利用3d打印技術(shù)打印人體細(xì)胞的生物可降解支架，而后利用支架培育耳朵和鼻子等仿真度極高的面部器官，例如耳朵和鼻子。利用3d打印技術(shù)培育用于移植的肺部以及其他器官是科學(xué)家的終極目標(biāo)。科學(xué)家表示他們?cè)趯?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)道路上正不斷取得進(jìn)步，有望在20年內(nèi)讓患者移植3d打印器官的夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。

利用3d打印技術(shù)培育人體器官是再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一大熱門，目前正不斷取得進(jìn)步。借助于這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家能夠培育出仿真度極高的人造耳朵和鼻子等面部器官。隨著研究的深入和技術(shù)的繼續(xù)進(jìn)步，他們將最終培育出可以進(jìn)行移植的人造肺以及其他器官?，F(xiàn)在，維克森林大學(xué)的3d打印機(jī)已經(jīng)打印出腎臟原型。在其他一些實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家也在研究如何利用可降解支架培育人造心臟、肺部、肝臟和腎臟，讓“定制移植”成為一種可能。

目前，維克森林大學(xué)的科學(xué)家正在研究各種方式，培育可進(jìn)行移植的人造器官，包括對(duì)動(dòng)物器官進(jìn)行改造和從無(wú)到有利用患者自身細(xì)胞進(jìn)行培育。他們的3d打印機(jī)使用的并非墨水，而是一種類似凝膠的生物可降解材料，通過(guò)逐層打印形成器官原型或者說(shuō)器官形支架，而后利用支架培育器官。首席研究員安東尼?阿塔拉博士指出他們需要很多年的努力才能培育出能夠移植到患者體內(nèi)的人造器官。

在進(jìn)行人造器官研究時(shí)，科學(xué)家也將目光聚焦豬的器官，希望利用人體細(xì)胞取代豬細(xì)胞，進(jìn)而培育出可植入患者體內(nèi)的器官。當(dāng)然，最理想的方式還是利用患者自身細(xì)胞，可以通過(guò)活組織檢查或者抽血的方式獲取，而后將細(xì)胞“播撒”到3d打印機(jī)打印的器官形支架上進(jìn)行培育。這種方式培育的人造器官能夠大大降低移植后出現(xiàn)排斥反應(yīng)的可能性。

麻生總醫(yī)院的哈拉德·奧特博士認(rèn)為5到10年內(nèi)有望進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室培育器官的人體試驗(yàn)。匹茲堡大學(xué)麥克格萬(wàn)再生醫(yī)學(xué)研究所的威廉?瓦格納指出5到10年可能過(guò)于樂(lè)觀，15到20年更為現(xiàn)實(shí)一些。一旦人體試驗(yàn)取得成功，患者移植人造器官的夢(mèng)想便最終成為現(xiàn)實(shí)。

人造器官真的能使用了？接受者會(huì)發(fā)生排異嗎？

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類在戰(zhàn)勝病魔的道路上一路披荊斬棘，創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)的醫(yī)學(xué)奇跡。最近大火的韓劇《機(jī)智的醫(yī)生生活》，講述了5個(gè)年輕醫(yī)生的從醫(yī)之路，帶給了我們很多溫暖和感動(dòng)，他們與死神爭(zhēng)分奪秒的搶奪生命?，F(xiàn)實(shí)生活中的醫(yī)生也是如此，他們會(huì)面臨各種困難的手術(shù)，比如器官移植，這種手術(shù)不僅花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，而且危險(xiǎn)性很大。有時(shí)候甚至因?yàn)榫璜I(xiàn)器官不匹配而耽誤生命。如今科學(xué)家已經(jīng)研制出了人造器官，希望可以緩解器官捐獻(xiàn)的壓力。

科學(xué)家已經(jīng)研制出了多個(gè)人造器官

由于人體有獨(dú)有的免疫系統(tǒng)，因此很多患者在接受器官移植前都要進(jìn)行血型匹配，即使是血型匹配上了，也難保后期不會(huì)出現(xiàn)排異反應(yīng)，器官捐獻(xiàn)的問(wèn)題就在這，人類的免疫防御系統(tǒng)是可以識(shí)別出異體器官的，這在一定程度上就加深了器官捐獻(xiàn)的壓力，科學(xué)家才有了這樣大膽的想法，能否通過(guò)高科技來(lái)實(shí)現(xiàn)人造器官的正常運(yùn)作呢？

經(jīng)過(guò)這么多年的研究，科學(xué)家在人造器官方面有了一定成就。人工心臟一經(jīng)問(wèn)世，引起了全世界的關(guān)注。心臟是人體的發(fā)動(dòng)機(jī)，很多先天性心臟病人都苦于沒(méi)有匹配的心臟而死去，這也意味著如果要?jiǎng)?chuàng)造出人工心臟所耗費(fèi)的時(shí)間必然不會(huì)短。從開(kāi)始試驗(yàn)到成功研制，科學(xué)家花了15年的時(shí)間?？茖W(xué)家利用3D打印技術(shù)成功復(fù)刻了人工心臟，在這顆心臟的周圍有兩個(gè)電動(dòng)小馬達(dá)掌管心臟的起搏，成功進(jìn)入患者體內(nèi)后，這顆心臟可以通過(guò)皮膚上的感應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)跳動(dòng)。

人造器官的發(fā)展之路還很漫長(zhǎng)

可以說(shuō)人工心臟的成功研制是科學(xué)家看到了生命的希望，如果人造器官可以大規(guī)模使用，那么不僅代表著患者多了一份生的希望，也可以極大緩解器官庫(kù)的壓力，對(duì)全世界來(lái)說(shuō)，都是一個(gè)福音。

除了人工心臟外，人造大腦也是醫(yī)學(xué)史上的一大突破，大腦比心臟更為復(fù)雜，雖然以目前的科學(xué)技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，還無(wú)法創(chuàng)造出一個(gè)完整不排異的大腦，但是也有 一位患者接受了75%的大腦移植，手術(shù)還是非常成功的，這位患者也并未出現(xiàn)大的反應(yīng)，可以說(shuō)人造大腦已經(jīng)可以讓他重新開(kāi)始生活了。

我們可以看到，目前各種人造器官層出不窮，并且越來(lái)越多的人開(kāi)始接受人造器官移植，但人造器官移植還是一個(gè)漫長(zhǎng)摸索的過(guò)程，入股要想人造器官真正代替原生器官工作，還需要更深一步的探索創(chuàng)造。關(guān)于人造器官，大家有什么看法呢？

科學(xué)家們首次3D打印出像大腦一樣的軟組織

冷凍的3D打印大腦支架。支架解凍后，科學(xué)家將其包裹在膠原蛋白中，并用人體細(xì)胞填充。黑色刻度條表示10毫米。Zhengchu Tan等人。/倫敦帝國(guó)理工學(xué)院） 一種新的3D打印技術(shù)可以創(chuàng)建像人類柔軟的大腦或海綿狀肺一樣柔軟的組織，這是以前不可能的。

“添加劑制造”或3D打印，承諾允許醫(yī)生利用病人自身的細(xì)胞為病人生產(chǎn)定制的器官，這有助于減少需要移植的人器官的嚴(yán)重短缺。

然而，這項(xiàng)技術(shù)仍然有很大的局限性。為了創(chuàng)造這些器官，生物工程人員需要3D打印出模擬器官結(jié)構(gòu)的支架，然后用細(xì)胞填充。到目前為止，只有相對(duì)堅(jiān)硬的材料才能進(jìn)行3D打印。但身體的某些器官，如大腦和肺，有著極其柔軟的結(jié)構(gòu)。[2017年3D打印的最奇怪的東西]

“以前打印的生物結(jié)構(gòu)類型是骨頭或更堅(jiān)硬的器官，如肝臟和腎臟，”鄭楚坦說(shuō)，倫敦帝國(guó)理工學(xué)院機(jī)械工程系研究員，最近發(fā)表的一篇論文的主要作者，該論文描述了新的3D打印技術(shù)。

“我們使用了一種非常柔軟的材料，即復(fù)合水凝膠，并打印出了類似于大腦和肺的較軟組織，Tan告訴LiveScience，

，但是3D打印非常軟的材料的問(wèn)題是，在3D打印過(guò)程中，底層往往會(huì)隨著在其上添加額外的層而塌陷，Tan說(shuō)。事實(shí)上，3D打印的過(guò)程是一層一層地創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，這意味著較低的層需要能夠支持不斷增長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)的重量。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員將事情冷卻下來(lái)-從字面上說(shuō)我們正在使用低溫印刷工藝，這意味著前一層被凍結(jié)，”譚說(shuō)。她說(shuō)：“冷凍使這一層非常堅(jiān)固和穩(wěn)定，這樣下一層就可以印在上面，3D物體就不會(huì)在自身重量的作用下塌陷?！?/p>

在打印完成后，工程師們可以慢慢解凍物體，并保持其形狀。

來(lái)3D打印腳手架，研究人員使用了一種新型的復(fù)合水凝膠，它由兩種成分組成：水溶性合成聚合物聚乙烯醇和一種叫做Phytagel的果凍狀物質(zhì)。

，然后，他們用膠原蛋白包裹所得到的結(jié)構(gòu)，并將其與人類細(xì)胞結(jié)合。然而，為了實(shí)驗(yàn)的目的，研究人員在模擬人腦的支架上使用皮膚細(xì)胞而不是腦細(xì)胞。

到目前為止仍然限制 ，研究人員只能制造出大腦樣組織的小樣本，而不是整個(gè)大腦。生物工程系的研究助理、高級(jí)研究作者安東尼奧·埃利亞·福特說(shuō)：“如果你想用標(biāo)準(zhǔn)的商用3D打印機(jī)來(lái)打印一個(gè)完整的大腦，這將是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)?！?，同樣在倫敦帝國(guó)理工學(xué)院，

“當(dāng)你進(jìn)入復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時(shí)，你對(duì)材料性能的要求越低，幾何結(jié)構(gòu)自行坍塌的風(fēng)險(xiǎn)就越大，”Forte告訴Live Science，

研究人員目前使用的低溫技術(shù)通過(guò)3D打印板冷卻材料，F(xiàn)orte說(shuō)。這意味著，在整個(gè)物體被打印出來(lái)之前，從板上進(jìn)一步移除的層會(huì)融化，整個(gè)低溫效應(yīng)也會(huì)消失。

在未來(lái)，研究人員可以通過(guò)使用一個(gè)能保持整個(gè)物體低溫的腔室來(lái)進(jìn)一步發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，F(xiàn)orte說(shuō)，

靜止不動(dòng)，新技術(shù)是向前邁出的一步。”現(xiàn)在我們終于可以打印出非常柔軟的材料，而這不是ac“我以前也見(jiàn)過(guò)，”福特說(shuō)。研究人員的目標(biāo)是改進(jìn)技術(shù)，使之能夠打印出更大的物體。

Forte補(bǔ)充說(shuō)，生物工程師可能還需要幾十年才能使用3D打印技術(shù)創(chuàng)造出功能全面的復(fù)雜人體器官，如大腦或肺。盡管如此，目前的技術(shù)可以幫助研究人員研究大腦或肺組織在各種條件下的行為，例如，在撞擊情況下，例如創(chuàng)傷性腦損傷。

這篇論文發(fā)表在2017年11月的《科學(xué)報(bào)告》雜志上。

最初發(fā)表在《生命科學(xué)》雜志上。

本文地址:http://www.soujuw.cn/jiankang/110400.html.

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