3D生物打印機需要人體細胞作為生物墨水，首先，研究者將從人們的骨髓或脂肪中提取出干細胞，通過生物化學手段，使它們分化成不同類型的其他細胞。隨后，這些細胞將被封存成“墨粉”，每一滴“墨粉”里可能包含1萬到3萬個細胞。當3D生物打印機開動時，“墨粉”將通過打印頭聚攏在事先設計的部位上，打印器官的雛形便逐漸顯現(xiàn)。

　　用打印機能打出一張全新的臉龐？這并不是科幻小說的情節(jié)，而是英國男子斯蒂芬·鮑爾的親身體驗。

　　2012年的一天，斯蒂芬·鮑爾遭遇了一場嚴重的車禍，臉部留下大面積重創(chuàng)。為了不嚇著別人，每次臨出門前，他都不得不戴上帽子后壓低帽檐、再配副大墨鏡將臉上的疤痕盡可能遮蔽。直到不久前，他接受了一項開創(chuàng)性的手術——用3D打印的部件來重建他的臉。由此，他成為世界上最早采用3D生物打印技術治療面部創(chuàng)傷的患者之一。

　　用機器打印活生生的器官，看上去匪夷所思的技術到底有多“神秘”？3D生物打印機如何工作呢？

　　3D打印技術

　　3D生物打印機需要人體細胞作為生物墨水，首先，研究者將從人們的骨髓或脂肪中提取出干細胞，通過生物化學手段，使它們分化成不同類型的其他細胞。隨后，這些細胞將被封存成“墨粉”，每一滴“墨粉”里可能包含1萬到3萬個細胞。當3D生物打印機開動時，“墨粉”將通過打印頭聚攏在事先設計的部位上，打印器官的雛形便逐漸顯現(xiàn)。

　　據(jù)清華大學生物制造中心副主任林峰介紹，根據(jù)打印材料、生物學性能和應用情況，生物3D打印包括四個層次。

　　“第一個層次是用普通的工程材料，打印出體外的個性化模型，給醫(yī)生用于診斷、交流或設計手術治療方案。”林峰拿起一個淺黃色的下頜骨模型指點著說，“這是一位病人的下頜骨。如果醫(yī)生要在這里打個釘子，就可以根據(jù)病人的CT圖像在計算機中重建出病人的下頜骨模型并打印出來，醫(yī)生還可以在模型上規(guī)劃好打孔的位置、角度和深度，設計出能夠輔助手術的導板，再利用三維打印制作出導板，用于手術過程中，從而提高手術的正確性。”

　　第二個層次是用生物相容性良好、不可降解的材料，打印出可以移植到病人身體里的植入器件，替代受損部位。“比方說根據(jù)病人這側耳朵建立一個耳朵數(shù)字模型，用聚氨酯彈性體三維打印出另一側的耳朵模型，然后植入病人的皮下進行縫合。”

　　第三個層次用的是可降解材料，為組織再生打印出含有豐富孔隙的支架，接種細胞后，進行體外或體內(nèi)的培養(yǎng)，以實現(xiàn)缺損組織的再生和修復。

　　第四個層次與前三個層次不同，是用活生生的細胞進行三維打印，打印出模擬組織三維結構的細胞三維結構或類組織。

　　技術有何應用？

　　據(jù)物理學家組織網(wǎng)報道，威爾士第二大城市斯旺西莫里斯頓醫(yī)院的研究團隊為了修復鮑爾的臉，使用CT掃描、創(chuàng)建和打印了他的頭骨對稱的三維模型，然后削磨和打印模子與其面部相匹配，在恰當?shù)奈恢弥踩脞佊脕碇喂穷^。頜面外科醫(yī)生阿德里安·休格說：“以前做的任何手術都無法與之相比較。如果沒有3D生物打印機這種先進的技術是不可能實現(xiàn)的。這使我們能夠更加精確進行操作，并讓患者感到滿意。”

　　鮑爾說，這種用3D打印出的新臉將使自己的生活得到徹底改變。“我出門前再也不必發(fā)愁沒有偽裝好而嚇到別人了。我可以一如既往地做日常事情、出門見人、在大街上行走，甚至到任何公共場所。”

　　清華大學生物制造中心則在嘗試將生物3D技術用于再生醫(yī)學、生物學和抗癌藥物研究中。據(jù)該中心助理研究員姚睿介紹，由于三維的情況與人體內(nèi)癌細胞的生長環(huán)境更為相近，因此能更加客觀地檢測藥物的抗癌作用。他們在實驗中將三維生長的癌細胞與二維生長的癌細胞作對比。經(jīng)過8天時間，三維培養(yǎng)的癌細胞長成了細胞球，二維培養(yǎng)的癌細胞都平趴著。接著加入抗癌藥物紫杉醇。很快，二維培養(yǎng)的癌細胞就都死了，而三維培養(yǎng)的只有部分癌細胞死亡，細胞球存活下來了。

　　西安交通大學教授李滌塵是國內(nèi)最早研究生物3D打印技術者之一，在他一次去第四軍醫(yī)大學探訪時，骨骼陳列室里各類骨骼組織上那些“至關重要的小洞”讓他突發(fā)靈感———用生物3D打印技術做個性化的骨骼金屬替代物。2001年10月，第一例個性化鈦合金下頜骨的制作和移植修復工作完成。如今，這樣的案例已經(jīng)增加到100多例。

　　此外，李滌塵還在探索用可降解的生物陶瓷打印骨組織，移植到患者體內(nèi)后能夠逐漸引導患者長出自己的骨骼。“這個已經(jīng)用于羊和狗的動物試驗，效果還不錯，正在等待審批。”李滌塵說。

　　技術、審批挑戰(zhàn)重重

　　“其實，細胞打印并不‘神秘’，但要打印出活體器官，也就是說讓打印出的細胞結構具備生物功能，還要克服很多困難。”林峰說，“這是我們最感興趣，也是最具挑戰(zhàn)性的。目前，國內(nèi)外打印出的類組織，只有組織相似的結構，但不具備組織的功能。因為即使是看起來簡單的組織，人工再造也面臨巨大挑戰(zhàn)。比如，皮膚是很薄的一層，但功能很多，除保護功能外，還有感覺、調(diào)溫、出汗等功能。我們正在考慮往人工皮膚組織里打印一些特殊的細胞，讓它長出毛囊、皮腺。而且作為一個交叉學科，生物3D打印技術也亟須與不同學科進行交叉合作，目前高校的行政管理體制和考核機制無法提供一個開放的學科交叉環(huán)境。”

　　在李滌塵看來，從第一層次到第四層次，技術重點逐漸從對外型結構的研究轉向對細胞自身行為的研究。他認為，要讓打出來的細胞能夠存活并建立起自己的營養(yǎng)系統(tǒng)，至少得要一二十年時間才能實現(xiàn)。而技術成熟之后，監(jiān)管審批也有難關，“藥監(jiān)部門批準的產(chǎn)品都用于批量生產(chǎn)，可是生物3D打印做的是個性化產(chǎn)品，藥監(jiān)部門未曾遇到過的，怎么對產(chǎn)品進行評估、審批都是問題。”李滌塵認為，對于已經(jīng)成熟的技術，在保證客觀安全的同時，產(chǎn)業(yè)化步伐要加快，監(jiān)管水平也要提高。