生物3D打印：再造健康生命

鄧?yán)W(xué)

一場突如其來的車禍讓26歲小伙小袁“鋼筋穿腦”，命懸一線。事情發(fā)生在2017年9月14日，廣東云浮的小伙子小袁在一起交通事故中被一根拇指粗的螺紋鋼插進(jìn)了顱腦，頸部大血管、頸椎、顱骨、大腦、小腦等重要部位損傷嚴(yán)重，兇險至極。因傷情嚴(yán)重，小袁當(dāng)晚就被轉(zhuǎn)到駐地某醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科（ICU）。經(jīng)多學(xué)科專家聯(lián)合會診確定緊急手術(shù)方案，醫(yī)院分兩次給小袁進(jìn)行手術(shù)，先將鋼筋取出，然后清除了腦內(nèi)瘀血和失活腦組織，并將局部的顱骨去除。手術(shù)順利，小袁從鬼門關(guān)闖回。休養(yǎng)兩個多月后，小袁恢復(fù)良好，但兩次手術(shù)去除顱骨卻讓他腦袋缺了兩大塊，不僅樣子駭人，而且也危及健康。怎么辦？顱骨修補。小袁再次回到醫(yī)院接受第3次手術(shù)，醫(yī)生將兩塊“私人訂制”的3D顱骨修補材料準(zhǔn)確地植入小袁的頭部，生物材料幫助小袁修復(fù)了腦骨，重拾健康。

該醫(yī)院為小袁使用的3D顱骨，是一種生物3D打印產(chǎn)品。收集到小袁的頭顱CT掃描精準(zhǔn)數(shù)據(jù)后，專業(yè)人員構(gòu)建出顱骨缺損三維重建圖，通過3D技術(shù)設(shè)計出匹配的顱骨修補物，與患者顱骨完美“配對”。何謂3D打印？它是一種快速成型技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用打印材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。而生物3D打印代表著3D打印的最高技術(shù)水平，用的材料可不一般，以活性材料為主，包括細(xì)胞、生長因子、生物材料等，按照需求的組織微觀結(jié)構(gòu)逐層堆積成型，以重建人體組織和器官。

在現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域，生物3D打印、手術(shù)機器人等先進(jìn)技術(shù)正改變著醫(yī)療手段甚至醫(yī)療模式，并將推動醫(yī)學(xué)發(fā)展，重塑醫(yī)療產(chǎn)業(yè)。3D生物打印的應(yīng)用主要有3個階段：一是打印體外手術(shù)模型。二是用生物材料打印可植入人體的類器官和組織。三是利用細(xì)胞結(jié)合生物材料打印出活性器官和組織。在手術(shù)模型方面，利用生物3D打印技術(shù)可以打印出患者的腫瘤模型，醫(yī)生在復(fù)雜手術(shù)之前先對著模型進(jìn)行手術(shù)“預(yù)演”，可以大大提高手術(shù)的準(zhǔn)確度，降低手術(shù)風(fēng)險，幫助病人成功跑贏死神。此外，3D打印的病灶模型可以輔助醫(yī)生培訓(xùn)。生物材料打印出的植入類產(chǎn)品應(yīng)用也在逐漸推廣之中，包括心血管、骨科、神經(jīng)外科、泌尿科、肝臟科等。當(dāng)前，我們3D打印出的腦膜修復(fù)產(chǎn)品主要應(yīng)用在修復(fù)患者缺損的腦膜上，在全球60多個國家已有超過20萬例的臨床應(yīng)用。

生物3D打印技術(shù)的最終發(fā)展方向是打印出真正能用于人體的器官，甚至包括復(fù)雜器官如腎臟、心臟等。設(shè)想一下，當(dāng)人體因疾病或意外缺損了器官或組織后，專業(yè)人員用3D打印機打印出一個器官移植進(jìn)去，就像機器換一個零部件。從理論上講，干細(xì)胞可分化成多種人體器官組織細(xì)胞，這讓細(xì)胞打印器官成為可能，該技術(shù)已被評為世界醫(yī)學(xué)突破發(fā)明。當(dāng)前，我們開發(fā)出的細(xì)胞生物3D打印機集單細(xì)胞打印、生物反應(yīng)器等多模塊功能于一體。通過“邊打印邊培養(yǎng)”的創(chuàng)新方式，有效提高了打印細(xì)胞活性，能夠保證細(xì)胞自我組裝結(jié)構(gòu)，打印出的細(xì)胞存活率超過95%。目前，一些簡單器官和組織單元通過生物3D打印技術(shù)已經(jīng)在國外得到臨床應(yīng)用。不過，目前世界上還沒有一個科研團(tuán)隊能夠成熟利用生物3D打印“制造”出人體器官并在臨床上使用。可見，打印活體器官的技術(shù)從實驗室邁進(jìn)臨床還有很長的路要走。（作者為邁普醫(yī)學(xué)研發(fā)部總監(jiān)）