科幻變現(xiàn)實：噴下即療愈 生物3D打印繪就生命密碼圖

最近，因為315新聞的曝光，大家最不想看到的食物就是酸菜了，下頭到讓人甚至有點PTSD。看到什么十幾道古法晾曬工序，眼前浮現(xiàn)的是一雙雙大腳板特殊腌制。涉及到酸菜系列的各種食物，泡面、酸菜魚等都慘遭荼毒，牽連了許多企業(yè)。但清奇的是，在大部分方便面企業(yè)受損的時期，白象方便面卻意外火了，并且賣斷了貨。

而大家突然對白象的關(guān)注，則源于一則短視頻的爆料：白象三分之一的員工來自于殘疾人。在一眾泡面企業(yè)中，白象方便面占據(jù)的市場份額并不高，竟然還招收了三分之一的殘疾員工，將社會責任真正覆蓋到最需要的人群中，這樣的價值也被無數(shù)消費者認同，也無怪乎大家又開始了野性消費。

據(jù)世衛(wèi)組織2021年11月的數(shù)據(jù)，全球超過10億人口患有殘疾，而隨著人口趨勢和慢性疾病患者增多的趨勢，殘疾人的數(shù)量也在逐年增加。而在新冠疫情風行的這幾年，殘疾人的生活更是大大受到影響，這一弱勢群體因為話語權(quán)的有限，也一直處于被忽視的狀態(tài)。因為國內(nèi)殘障基礎設施以及觀念的原因，殘疾人的日常生活非常艱難，冷遇和歧視無處不在，更別說參與到社會價值的鏈條中去貢獻了。

據(jù)中國殘聯(lián)數(shù)據(jù)，早在2010年，中國殘疾人的數(shù)量就突破了8500萬。而現(xiàn)在，這個數(shù)量更加龐大，據(jù)估算數(shù)量超過一億，他們面對的是比我們還要困難的處境。在這些人群中，先天的殘疾只是一部分，后天的殘疾比比皆是。殘疾病癥中，有失聰失明的，有癱瘓失語的，有各種功能障礙的。無論是哪種殘疾，在日常生活中，都面臨許多的挑戰(zhàn)。科學技術(shù)的發(fā)展，生物醫(yī)療領(lǐng)域的不斷地進步，為一些殘疾的診治帶來了突破。近日一項關(guān)于癱瘓的治療方案，給數(shù)百萬癱瘓人群帶來了福音。

解放肢體自由

大家是否還記得這些驚悚的新聞：有在蹦床公園娛樂玩耍時，摔倒導致脊柱受傷癱瘓的，也有在學習舞蹈的時候，因為下腰姿勢而損傷脊柱導致下半身癱瘓的。在現(xiàn)實生活中，意外摔傷、交通事故、不當?shù)倪\動等都會面臨截癱的風險，影響生活質(zhì)量。

據(jù)悉，世界上有數(shù)百萬的人因脊柱受傷而癱瘓，神經(jīng)細胞破壞、神經(jīng)纖維斷裂、脊髓橫斷等患者，目前仍然沒有有效的治療方案。一旦癱瘓，就意味著一生被禁錮在輪椅中，想想都覺得很壓抑。

而新型的療法以3D生物打印組織來進行脊髓損傷的治療，給脊髓損傷的人帶來了希望。這種新的療法在動物試驗中，可以讓100%的早期癱瘓小鼠以及80%的長期癱瘓小鼠恢復行走能力。

這個新型療法來自于科學家與再生醫(yī)學公司的合作，以色列特拉維夫大學 Sagol 再生生物技術(shù)中心的 Tal Dvir 博士帶領(lǐng)的研究團隊與以色列再生醫(yī)學公司 Matricelf 協(xié)同，開發(fā)的3D 打印脊髓組織植入物，可以有效修護斷裂的脊柱。
在癱瘓小鼠試驗中，新型 3D 打印脊髓組織植入物可以快速修復小鼠受損脊柱，最終使它們恢復行走能力。這也是全球第一個組織工程植入物在長期癱瘓動物模型中恢復運動能力的實例，這個成功的模型試驗也是人類癱瘓治療最相關(guān)的模型，為脊髓損傷的人群提供了可以站立生活的新可能。

在連接受傷的脊髓方式中，研究人員曾提出過多種方法，例如在急性損傷期將不同類型的細胞或生物材料移植到受損部位，包括神經(jīng)干細胞、神經(jīng)祖細胞等多種細胞移植療法都曾進行過測試。
然而，試驗結(jié)果不盡理想，要么出現(xiàn)因為同種異體細胞或異體細胞引發(fā)的免疫排斥反應，要么就是這些移植后的細胞不能成功形成功能網(wǎng)絡導致移植失敗。

3D 生物打印技術(shù)，可以同時打印患者的細胞和細胞外基質(zhì)，從而生產(chǎn)活的組織和器官。研究人員利用提取的細胞外基質(zhì)，生產(chǎn)一種個性化的水凝膠，這種凝膠植入后不會引發(fā)免疫排斥反應。將培養(yǎng)好的干細胞封裝在水凝膠中，可以模擬脊髓胚胎發(fā)育過程，隨后變成包含運動神經(jīng)元的 3D 神經(jīng)網(wǎng)絡植入物。

在對比試驗中，研究人員將新型 3D 神經(jīng)網(wǎng)絡植入物植入受體小鼠后，可以快速修復癱瘓小鼠的受損脊柱。最終，所有接受移植的急性癱瘓小鼠均恢復了行走能力，而長期癱瘓小鼠模型中也有80%的小鼠恢復了行走能力。
用3D 生物打印技術(shù)，可以打印治愈癱瘓的脊髓組織移植物，使失去行走能力的生物獲得重新行走的能力，這個突破也無疑讓脊髓再生醫(yī)學的進步向前邁了一大步。

有關(guān)這個技術(shù)在人體的應用，據(jù)悉Matricelf 公司現(xiàn)在正在和美國 FDA 進行積極溝通，準備在 2024 年底之前通過其 3D 打印脊髓植入物進入人體試驗。而人類距離治愈癱瘓可能只有幾年的時間。想一下，再過幾年，可以有數(shù)百萬的人群受益于這個技術(shù)重新獲得肢體的自由，令人期待。

對于人體而言，組織損傷和退化是普遍現(xiàn)象。然而，在一些嚴重的創(chuàng)傷面前，人體再生能力無法應對且無法實現(xiàn)自愈，運用3D 打印生物組織技術(shù)，也可以對一些組織和器官等移植帶來新的解決思路。

多領(lǐng)域的“開花”突破

得益于組織工程和再生醫(yī)學領(lǐng)域的飛速發(fā)展，3D 生物打印技術(shù)目前是醫(yī)學組織工程領(lǐng)域中最先進的技術(shù)之一，包含了材料科學與生物科技領(lǐng)域中最先進的技術(shù)，已經(jīng)被用于制造被替換和修復受損的組織和簡單的器官。

3D 生物打印技術(shù)與普通的 3D 打印技術(shù)類似，均是以自上而下、逐層構(gòu)建的方法生成復雜且精確的立體結(jié)構(gòu)。不同的是，3D 生物打印技術(shù)的最終目的是要逐層構(gòu)建組織或器官。

對于3D 生物打印技術(shù)來說，其技術(shù)的關(guān)鍵是設計打印器官的模型與選擇生物墨水。拿生物墨水來說，它通常是由生物材料、細胞等其他必需成分組成的復合材料。由于該技術(shù)可研究用于制造功能性的人體組織或器官，如心臟、肝臟、皮膚、骨骼等。因此，實現(xiàn)并維持生物墨水材料的活性和功能是該技術(shù)的關(guān)鍵所在。

在器官移植和組織移植方面，有 3D 器官打印技術(shù)、 iPSC 技術(shù)和異種器官移植等解決方案，這些不同的解決方案各有優(yōu)劣，用于解決不同的移植與治療需求。相比較而言，3D器官打印需要解決生物墨水的限制，異種器官移植仍待解決免疫排斥和動物內(nèi)源性病毒的問題，而 iPSC 技術(shù)尚難以實現(xiàn)器官構(gòu)建。這些方案與技術(shù)在各自適配的領(lǐng)域內(nèi)并行發(fā)展，都在解決器官移植供體資源不足的問題。

在實際的臨床應用中，3D生物打印技術(shù)也有許多新的突破。近日，國內(nèi)上海九院骨科團隊首創(chuàng)了一種新型3D生物材料打印技術(shù)，通過提取患者本身的細胞來仿真打印其需要植入的骨骼材料。打印完的骨骼材料會被移植進入人體，骨細胞會發(fā)揮骨融合效應，生長恢復得更加快速高效。據(jù)稱，此項技術(shù)截至目前在全球范圍內(nèi)進行了3次臨床手術(shù)，且均在上海九院。

除了在醫(yī)療領(lǐng)域的臨床應用，3D打印技術(shù)還可以應用于醫(yī)學領(lǐng)域的藥物試驗、外科培訓和環(huán)境保護中。

一家來自美國的安東尼-阿塔拉的研究所用3D打印技術(shù)開發(fā)了一種新的生物組織，可以測試藥物的毒性，并且這個技術(shù)也應用在了測試對抗新冠病毒的藥物毒性的研究試驗中。

在環(huán)保的場景中，有研究人員嘗試了采用3D生物打印技術(shù)來制造仿生3D打印珊瑚，作為珊瑚啟發(fā)生物材料的新工具，可以在藻類生物技術(shù)、珊瑚礁保護和珊瑚-藻類共生研究中找到用途。

無論是臨床醫(yī)學還是超出組織工程和再生醫(yī)學的范疇，3D生物打印技術(shù)的應用在這些領(lǐng)域中都在嘗試開啟新的大門，將此前研究緩慢、停滯的領(lǐng)域續(xù)接上新的機遇與可能。

下一站：“打印”生命

我們可以看到，在過去的二十年里，許多生物3D打印技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)出來，被應用于眾多生物醫(yī)學領(lǐng)域，包括組織工程、疾病模型和藥物篩選等。盡管如此，大多數(shù)生物3D生物打印技術(shù)與臨床和轉(zhuǎn)化應用還有相當長的距離，面臨著許多的障礙。

1.核心技術(shù)本身的限制。從器官組織模型到生物墨水原材料等，需要整個系統(tǒng)技術(shù)的提升，如生物墨水組織的保質(zhì)期問題，受到微環(huán)境與溫度等各種條件的限制影響，單個打印技術(shù)的突破，無法支撐3D生物打印技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)換與應用。

2.政策與監(jiān)管條例的補充與細化。對于3D生物打印技術(shù)的臨床應用中，缺乏有效的監(jiān)管政策，來保障醫(yī)護與研究人員的臨床應用環(huán)境，對于這種涉及個性化醫(yī)療的產(chǎn)品，需要廣泛的討論與征求意見，保護創(chuàng)新與應用的土壤。

3.臨床應用醫(yī)護與患者理念的轉(zhuǎn)變。3D生物打印技術(shù)在臨床的應用意味著個性化醫(yī)療，這也對醫(yī)護和患者的理念提出了要求，需要雙方以開放的心態(tài)去接納新型的醫(yī)療產(chǎn)品器械。個性化的醫(yī)療對于醫(yī)護與患者來說比標準化的醫(yī)療面臨的風險與承擔的責任要多很多。

整體來說，這些限制雖然阻礙了3D生物打印技術(shù)的規(guī)?；瘧?，但在生物醫(yī)學應用方面，3D生物打印技術(shù)也奮力邁入了新的階段，并且取得了不錯的進展。比如在大尺度組織和器官的打印、疾病模型的建立、微生理系統(tǒng)和器官芯片的構(gòu)建、生物機器人和太空生物打印等。

例如大尺度組織的打印技術(shù)方面，原位生物打印方案可以直接在受傷部位 3D 打印組織。

有研究團隊已經(jīng)在人體胃的生物模型中使用設備進行測試，驗證了其在生物打印活細胞和修復傷口方面的有效性，該技術(shù)或?qū)⒃谖磥碛糜谥委熚副趽p傷。在未來，直接掃描傷口并噴灑“生物墨水”就能修復破損的組織，電影中未來人的醫(yī)療技術(shù)要實現(xiàn)了。

不過這個炫酷的前沿技術(shù)不是單領(lǐng)域的孤軍奮戰(zhàn)，涉及到材料、化學、藥物、生物等各領(lǐng)域，需要這些領(lǐng)域的協(xié)同研發(fā)深耕，才能走得更遠。一旦成功規(guī)?；瘧?，將會在健康領(lǐng)域作出前所未有的貢獻。

提高生命質(zhì)量、延緩衰老是人類在生命科學領(lǐng)域的研究主旋律，隨著全面老齡化時代的加速，器官、組織的病變與衰老將會是醫(yī)療領(lǐng)域的重災區(qū)。而以3D生物打印為基礎的生物技術(shù)變革，可以為我們的生活帶來一些新的可能。無論是癱瘓人群的肢體自由解放，還是病變組織、器官的治療與更換，都讓我們面對不可控的未來有了些許的自信與底氣。

不過，實現(xiàn)生活質(zhì)量的提高與壽命延長，除了平時健康的生活方式外，也得多多攢錢，才能買得起高精尖的醫(yī)療服務。畢竟木有錢的話，一切免談，還是好好埋頭搬磚吧。