观点：器官3D打印将成为生物治疗的新突破点，干细胞从2D升级为3D

△3D打印心脏示意图

近年来，生物治疗日益受到国内外学者关注，尤其是干细胞技术在生物治疗领域有很大的突破。干细胞不管是在免疫治疗方面，还是临床治疗方面都带来了可喜的成绩，而3D技术的成熟，拉开了干细胞二维向三维升级的帷幕，有望带动生物创新大革命，带给人类医疗技术的全新升级。那么，3D技术会为未来生物治疗发展带来怎样的影响呢？就这些问题，希瑞生命集团高级顾问，虚拟现实3D技术资深专家任昊博士接受了采访。

3D技术推动干细胞技术升级

比如如何诱导干细胞像医生们期望的那样生长成不同的组织，如何让这些打印出的器官和人体原有器官无缝衔接，不排斥，功能良好；如何解决打印器官的“保质”问题……总之，这已不仅仅是3D打印方面的专家能独立操作解决的问题，需要和医学专家、生物学专家、计算机专家，甚至设计和数学方面的专家一起合作才有可能实现突破性进展。

但是，一旦此项技术落成，将给生物学界带来难以想象的影响。器官打印一旦成熟，或许会彻底改变人类生活。比如人体器官衰竭无须配型找供体，而是直接应用3D干细胞技术打印人体肝脏植入患者体内。

任博解释说，3D打印器官具体可以用可降解材料先打印出肝脏支架，在支架上附着干细胞，干细胞沿着器官模型迅速生长，有的生长成肌肉，有的生长成表面的组织，最后还要实现血管和神经等系统的再造，最后支架降解，打印出来的肝脏就能发挥肝脏应有的作用。

不仅如此， 3D打印组织模型有助于医生“精准手术”。运用3D技术以1:1的比例打印患者病变器官模型，能让医生在术前熟悉患者器官的具体情况。

△3D打印器官模型，希瑞干细胞集团供图

以往对手术技术细节，医生只能够根据经验判断，而现在医生们有了新的选择，能用生物3D打印技术制作器官模型，在模型上先进行了一次“模拟手术”。因而能针对性地研究出手术方案，大大提高手术成功率。

3D打印器官上市未来可期

任博介绍，3D生物打印的应用主要有三个阶段：体外手术模型、打印可用于植入人体的类器官和组织以及利用细胞打印出活性器官和组织。上面我们说的器官模型是第一类。目前，该技术还运用于神经外科及脊柱外科的个性化手术模型、假肢等，在复杂病例的手术中，有利于术前规划、辅助病人了解病情以及医疗培训，极大造福了病人。

3D生物打印技术应用的第二个阶段是打印体内植入物。“现有的软组织修复材料，如动物组织、胶原等，会带来动物疾病传播、免疫排异、力学性能弱等问题，而传统的合成材料，也具有不降解、力学顺应性差、组织再生性差等局限。而3D打印在个性化以及微观仿生方面具有突出的优势。”他说。

在这个阶段，利用3D生物打印技术可以打印出具备良好生物相容性的人体组织，而使用的材料是关键难题。根据目标部位的差异，有些材料要求不降解，成为永久植入物，而部分材料则要求可以降解，跟人体组织相互发生作用，促进组织再生。

目前，任博带领的科研团队正在研究此类产品。他们正在研究微观层面上的人体组织纤维结构，搭建有利于细胞爬行、成长的支架。

在前面两个发展阶段的基础上，任博表示，利用细胞打印出活性器官和组织，才是现代意义上的3D生物打印，能够真正实现“快速成型”，也将会是应用潜力最大、应用范围最广的3D生物打印技术。

图为肾小管及肾小球3D打印模型

任博认为，从技术层面，还至少需要克服三个挑战。首先，需要解决打印过程中脆弱的细胞能否存活、能否发育、会否变异甚至肿瘤化的问题；

其次，3D生物打印机必须满足生物仿生对制造精度及准确性的极高要求；第三，组织及器官是由多材料及多细胞组成的非均质体系，对制造学要求也极高。

在国外，3D生物打印研究重镇美国韦克福雷斯特大学团队曾在2006年成功利用细胞扩增技术在体外培植膀胱。去年2月，该大学的研究团队利用新开发的3D生物打印系统打印出人造耳朵、骨头和肌肉组织，移植到动物身上后都能保持活性。

虽然如此，专家们也提醒，实验室成功不等于产业化成功。对医疗产品来说，在应用于人体之前必须符合国家法规，且在安全性、有效性方面符合临床要求，这需要大量的实验验证。

△3D打印器官模型，希瑞干细胞集团供图

据估算，一个不含细胞的用于组织修复的3D打印产品从研发到上市，大致需要5年到6年时间。而含活细胞的3D打印产品，因尚有诸多技术难题待突破，还不能估计上市时间。

在采访的最后，任博表示：“虽然时间很长，但我们不能停止在这方面的创新和研究。相信通过各个领域专家的通力合作，我们一定能早日实现人类打印自身器官的科学梦。”来源：希瑞干细胞集团

作者介绍：任昊，希瑞生命集团高级顾问，虚拟现实3D技术资深专家、博士，南极熊“3D打印智库”成员。
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