也許有一天，打印機會讓整個醫(yī)學界發(fā)生革命性的變化。生物打印機大量生產心臟、肝臟和其他人體器官，以緩解器官移植受手術中的供體短缺問題。

醫(yī)學博士達里爾德利馬博士在斯克利普斯醫(yī)院領導著一個骨科研究實驗室，他已經成功地在牛的組織中人工制造了一個軟骨組織。他通過一個經過改造的老式噴墨打印機把生物墨水中的活體細胞一層一層地打印了出來。他也在人體組織中打印出了軟骨，這些人體組織來自那些需要進行膝蓋移植手術的病人。

普林斯頓大學的科學家使用3D打印技術打造的一只仿生耳朵

但德利馬認為，要完善生物打印技術，還有大量的工作要做。要拿到管理部門的許可證，要做大量的臨床試驗。他的終極目標聽起來像科幻故事：在手術室架設一臺生物打印機，醫(yī)生可通過這臺打印機直接在需要修復的部位打印人體組織。

3D技術應用于醫(yī)學

業(yè)余愛好者和一些公司已經可以通過3D打印機打印日?？梢姷囊恍┪矬w、模型和零部件(甚至是槍支)，而在醫(yī)學領域內，科研人員對于3D打印技術的興趣也越來越大。通常的3D打印中，使用塑料或粉末一層一層地打印出需要的物品；而所謂的3D生物打印機，通常是在液體或凝膠中打印出生物組織。其目標不是生產一個小部件或玩具，而是修復生物組織。

在世界范圍內，研究者們已經利用生物打印機做了實驗。生物打印技術首先要看通過打印機噴頭出來的生物細胞會不會被殺死(大多數(shù)情況下，細胞會被殺死)，然后，生物打印機用細胞制造軟骨、骨頭、皮膚、血管、小塊肝臟和其他的組織。

現(xiàn)有人造生物組織的一個方法是，在塑料或其他材料制成的支架上添加細胞，然后讓細胞成長。從理論上說，生物打印技術在制造生物組織方面有它的優(yōu)勢，它可以模仿自然結構來控制細胞和其他成分的布局。

雖然有人把3D生物打印技術吹得神乎其神，但英國曼徹斯特大學研究員布萊恩戴爾比卻認為，“任何有信譽的人都不會相信，有人能打印出人體器官，或者他們從內心深處相信這個技術將在20年內實現(xiàn)。”戴爾比去年曾在著名的《科學》雜志發(fā)表了一篇關于生物打印技術的論文。

現(xiàn)在，研究者已經把目標降低。比如位于美國圣迭戈市的Organovo公司已經研制出了生物打印機，研究人員用它打印約有20個細胞厚的部分肝臟。該公司的研究人員說，這個肝臟組織可以用來試驗正在研發(fā)中的新藥。

德國漢諾威醫(yī)學院實驗室正在試驗用生物打印機制造皮膚組織；而另一家德國實驗室正在試圖打印心臟細胞，以用于修補那些受損的心臟；得州大學艾爾帕索分校的托馬斯博蘭德博士已經研究出一種打印脂肪組織的方法，這一技術將來也許能用在那些需要做乳房腫瘤切除手術的女人身上，以幫助她們生長新的乳房。

打印軟骨或可實現(xiàn)

達里爾德利馬承認，他想制造軟骨打印機的夢想――也許是一個固定在精確定位的機械手臂上的打印噴頭――要一些年頭才能實現(xiàn)。但他認為，這項工作比其他目標更有機會成為現(xiàn)實。“打印一個完整的心臟或膀胱是令人著迷、令人興奮的，”他說，“但打印軟骨也許是3D打印技術引入醫(yī)學領域最先實現(xiàn)的目標。”

德利馬認為其中的一個原因是，軟骨組織的構造比其他組織要簡單得多。軟骨細胞位于膠原纖維和其他細胞分泌物混合而成的組織中。作為一種細胞，軟骨細胞相對來說比較容易養(yǎng)護，它們不需要太多的營養(yǎng)液，這就簡化了打印過程。

讓被打印組織得到滋養(yǎng)，以讓它存活，是研究者們面臨的最大的挑戰(zhàn)。大多數(shù)的細胞要保持在很短的距離內(通常是兩個細胞的寬度)才能獲得營養(yǎng)液，自然生成的組織是通過微細血管或毛細血管來完成這一目標的。但在生物打印中，要想制造仿生毛細血管卻十分困難。但德利馬不需要擔心這個問題，因為軟骨細胞只需要從關節(jié)和骨頭上擴散出來的非常少的營養(yǎng)液，這些營養(yǎng)液幫助軟骨緩解由于關節(jié)活動所帶來的壓力。

德利馬博士也不需要擔心神經問題，因為軟骨組織上沒有神經。但他有其他要擔心的問題，膝蓋和臀部的軟骨結構復雜，增加了打印過程中的難度。

有待克服的難題

現(xiàn)在，德利馬和他的同事開始考慮用一臺熱能噴墨打印機，在打印機的墨盒里裝上生物墨水，生物墨水被加熱后會產生氣泡，迫使生物墨水滴落。這個技術非常可靠，在很多的3D打印技術中都有運用。但研究人員卻很謹慎，因為打印過程中會產生熱量。“我們認為，(打印過程中產生的)熱量足以殺死細胞。”德利馬博士說。

但博蘭德和其他人所做的基礎研究顯示，打印過程中熱能的脈沖非常快，因此，大多數(shù)的細胞都能存活下來。

德利馬的團隊很快又發(fā)現(xiàn)了另一個問題：對他們的研究來說，最新的噴墨打印機太復雜了。“打印機的分辨率太高，以致細胞無法從打印機的噴嘴里出來。”他們最終決定用一臺產于上世紀90年代的500型號的惠普噴墨式打印機，這臺打印機的噴嘴更大。

有了打印機后，德利馬團隊再用制造軟骨需要的混合物替換打印機墨盒中的墨水，混合物包括一種名叫PEG-DMA的液體和軟骨細胞。

但在打印過程中，打印所用的混合物卻出了問題：細胞會在混合物中沉淀下來，并阻塞打印機的噴頭。因此，研究者必須找到一個方法讓混合物不沉淀。同時，混合物還必須是液體，這樣才能用于打印，但一旦打印出來了，它就必須成為凝固體。通過實驗發(fā)現(xiàn)，PEG-DMA在紫外線的照射下會成為固體。因此，德利馬的解決辦法是，讓打印區(qū)域直接暴露在紫外線下，這樣，從打印機噴出的每一滴生物墨水都能被固定。“這樣，你就在打印人體組織了。”德利馬說。

現(xiàn)在德利馬和他的同事正在研究是否能用其他材料做凝固膠。因為，PEG-DMA雖然是一種生物相容的材料，美國國家食品藥品監(jiān)督管理局也允許使用這種材料，但它在人的身體內不會消失，并可能引發(fā)炎癥。因此德利馬需要找到一些隨著時間推移會在人體內降解的材料。德利馬需要這種材料能達到人體骨骼的降解率。

德利馬說，除了以上的障礙需要克服外，還有一些障礙有待克服。其中最基本的一個障礙是，如何找到合適的、足夠的細胞用于打印。德利馬認為，用病人身體其他部位有限的軟骨細胞的話，將不會有多大意義。所以，他的實驗室正在試驗用干細胞和可變成軟骨細胞的前體細胞。“干細胞的優(yōu)勢是，它實際上是可以無限供應的。”德利馬說。

同時，實驗室也升級改造其打印技術。雖然那臺老式的噴墨打印機仍在實驗室，但它已經被閑置了一年多了，它已經被惠普公司生產的另一臺更加精細的設備所替代。它本質上是一個程式化的打印噴頭，可以讓研究人員調節(jié)墨水滴的大小和其他的特征，以使打印過程更加完善。

德利馬說，最大的障礙也許是監(jiān)管問題，比如向美國食品藥品監(jiān)督管理局提供充足的證據(jù)證明，用生物打印技術打印的軟骨是安全的，絕大多數(shù)的科學問題已經在實驗中被解決了。“我想，要讓它用于實際的醫(yī)療中，我們還須保持謹慎的樂觀。”他說