中外对比，生物3D打印发展趋势如何？

来源： 诺普再生医学

医疗生物3D打印是再生医学、材料科学、机械学等多学科融合基础上发展出来的一种跨学科和领域的新兴再生医学工程技术。该技术把人造组织和生物器官进行三维图像数字化，随后利用计算机辅助设计三维模型，并对模型进行分层和数控编程，以加工活性材料包括生物材料、生长因子、细胞等为主要内容，最终制造出具备生物功能的人造组织或器官。

▲诺普再生利用生物3D打印技术打印的耳朵

重任
今天，我们看到全世界器官移植的需求激增，据权威统计，每年全球有600多万病人在等待器官移植，中国也有150万病人在等待移植，移植器官满足率仅为1比150。

《中国科学院院刊》数据表明，每年约有500万人皮肤烧伤、烫伤；
《中国心血管病报告2016》数据表明，每年约330万人死于心脑血管疾病；
《中国肿瘤临床与康复》数据表明，每年约429万人新发癌症，281万人死于癌症；
《中国肿瘤》数据表明，每年约10万人罹患恶性血液疾病；
《中国工程科学》数据表明，每年约30万人等待肝移植，获得移植者仅3000余人；
《Gainp et al.JAMA Ophthalmol.2015》数据表明，每年约200万人等待角膜移植，获得移植者仅4000余人。

令人惋惜的是，这些血淋漓的数字每年还在上升！

延续
人类对于生命的探索从未停止，随着医疗手段愈发先进，人类寿命也正在不断的延长。在人体器官发生衰老、疾病及不可控意外的现况下，人体组织修复的需求有着巨大的增量，因此，近年来，被成为第三医疗手段的——医疗生物3D打印技术获得了国内外专家的广泛关注。

从技术层面来说，医疗生物3D打印从学术界经过了数十年的积累目前已经逐渐在临床应用层面进行转化，构建人体组织器官，包括骨、软骨、皮肤、血管等已经取得了较大突破。

▲生物3D打印三步曲

医学影像的发展，不仅改变了术前诊断的方式，更彻底颠覆了手术的面貌，伴随着工程学与再生医学的发展，多维度的思考与认知，让科学家开始了一个大胆的尝试——打印细胞。

"我们用3D打印的技术指导把他一颗复杂的先心的病变能够在术前展示出来，尽量减少手术的风险，同时做到手术的精确性"——美国明尼苏达医学院心脏移植中心 廖康雄主任

目前，也有越来越多的科研界人士认为，该技术能够成为研究人体组织器官的有效工具，无论是材料、细胞、打印机等，都成为目前的热点，较多额科研经费和产业诉求也为此不断倾斜。


现状

医疗生物3D打印在国外的发展情况是比较成熟的。由于国外在该领域及涉及的周边领域有着比较早的起步和比较长的行业积累，相关的法律法规更加完善，政府支持力度很大，由此诞生了许多有着巨大前景的创新型科技公司，如Organovo、CyfuseBiomedical、Allevi、Aspect Biosystems等。

回顾
1982年，美国犹他大学医学中心的威廉·德夫里斯博士领导的一个手术小组，给一名叫克拉克的心脏病患者植入一颗名叫贾维克的人类第一个人造心脏，开创了人造心脏移植的先河，震惊了世界。
1984年，美国规定，只能用贾维克人造心脏作为过渡，使垂死病人延长生命，等待移植人心。
1991年1月美国亚利桑那大学医学中心和犹他大学美德福特研究基金会联合成立了卡迪奥威斯特公司，在贾维克人造心脏的基础上推出了卡迪奥威斯特人造心脏。
1993年1月11日，亚利桑那大学医学中心为一名46岁的妇女移植了第一颗卡迪奥威斯特人造心脏作为等待真正心脏的过渡手段。
1993年8月11日，加拿大渥太华心脏研究所宣布，他们研制成功了第一颗永久性的人造心脏。它能植入人体体内，并维持病人一生的生命。
1995年10月23日，一位64岁的英国退休电影制片人成为世界上第一位接受永久性电动人造心脏的人。
1998年底，美国德克萨斯州著名的外科医生迈克尔·德巴凯和美国宇航局的科学家们共同研制成功一种只有三号电池那么大的全植入式人造心脏。它的植入的就是世界上首颗可以完全代替心脏功能并能完整植入体内的人造心脏。

人造心脏的发展是失败与教训的集合，更是一次次大胆的尝试。人造心脏目前虽然有着可喜的成绩，但是，科学家不会满足将生命托付于未知的电流，哪怕千万分之一。


突破
2019年，4月23日，全球的生物3D打印领域科学家沸腾了。
以色列特拉维夫大学的科学家们利用3D打印技术，造出一颗mini版“心脏”，更惊喜的是，这一“人工心脏”具有细胞、血管、心室和心房。虽然这一人工心脏很小，类似于兔子心脏的大小，但是科学家们希望沿着这一突破，未来有一天能够研发出适合临床移植的“人造心脏”，以及能够契合、修复有缺陷心脏的“补丁”。

人民日报点评：
器官移植不仅包括心脏，还包括肝脏、肾脏等。此次研究人员在器官打印方面尝试着“啃了块最硬的骨头”。从术前分析所用的医学模型到植入人体的钛合金骨骼，从简单的组织再到功能复杂的器官，科研人员在生物打印领域不断实现新突破，也给患者带去了新希望。

踏浪
相较于国外比较成熟的行业体系，国内医疗生物3D打印发展仍有一定差距，目前处于产业化初期阶段。在科技强国的大方针下，医疗生物3D打印作为前沿生物技术，无论在学术界还是科研界都取得了较大的突破。

▲道力所限，要靠愿力突破

近几年，在我国国务院印发的《“十三五”国家科技创新规划》和《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中也把增材制造作为一项重要研究领域，在今年，科技部变个性专项举措中，也明确提出了医疗生物3D打印技术在生物前沿技术研究的重要性。

随着相关法规的不断完善、科研经费的加大投入、生物3D打印行业协会标准的制定，未来会有越来越多的产业人士参与其中，实现集学术、研究、产业为一体的创新合作体系。

"因为人，通俗一点来讲，就是我们人从胚胎，它就是从干细胞来的，它是发育人最原始的细胞，干细胞最大的优点，它可以在体外大规模的扩增而不丧失他的功能，同时，还可以定向诱导分化，我们可以把这些原始干细胞，分化成肝脏、肾脏等各种组织与器官。"——组织工程国家工程研究中心 曹谊林主任

"我们可以在利用生物3D打印技术在体外培养没有排异反应的心脏植入到病人的胸腔内，这样心脏就可以无限制的生存下去，我觉得这个会是今后心脏移植或者其他器官移植的最终极发展方向和最根本的改变。"——美国明尼苏达医学院心脏移植中心 廖康雄主任