3D打印人体器官离我们有多远？

大光

3D打印人体器官离我们有多远？
新华社记者 张旭东 席 敏 刘宝森

   科学家在实验室打印出了耳朵、鼻子、心脏、肝脏和膀胱，而等待肝脏、肾脏等人体器官移植的患者占总数的90％以上，很多人在等待中病逝。在推动医疗水平实现质的飞跃上，3D生物打印被寄予厚望。3D打印人体器官离我们到底还有多远？新华社记者在2014世界3D技术产业大会上进行了调查。

    医疗已应用3D打印技术只是“皮毛”

    北京工业大学激光工程学院教授陈继民说，3D打印技术在医疗领域应用可分为三个层次，离人体越近的应用难度越大，离人体远一点的相对简单，比较容易实现。第一层是人体外应用。例如，利用3D打印机可将CT、MR的二维图像生成三维图像和模型，大夫分析病情时更直观，也能帮助他们术前分析和规划，降低手术风险。

    解放军总医院全军骨科研究所副主任彭江说，如果做S型的脊柱侧弯手术，可以利用3D打印机打印一个模型，分析问题能纠正到什么程度。3D打印技术应用于手术指导很早就有了，技术上比较成熟，产品审批也相对简单，因此靠市场自身推广作用就可以了。但软组织模型只能用于培训和手术预演，做手术要看具体情况。

    陈继民说，第二层离人体更近一步，是一些医疗辅助工具。例如，种植牙时为了种得比较准确，可以利用3D打印技术将患者的牙齿模型打印出来，先用计算机模拟种牙的位置、角度和深度，再打印出“导板”，有了“导板”牙齿就能非常准确地植进去。

    “第三层，即植入人体内的组织、支架、骨骼和器官，这一层的应用就需要很高的技术含量，就目前来说距应用还有一定的距离。”陈继民说。

    记者采访了解到，目前医疗领域应用3D打印技术除了用于术前指导，比较常见的还有在骨折治疗中订制个性化钢板。这并不能起到避免排异的效果，只是钢板形状更好，方向更匹配，更好固定。医疗辅助工具和人体组织、器官的3D打印技术应用，还在临床试验或基础研究阶段，医疗已应用3D打印技术仅是“皮毛”。

    部分业内专家指出，如果说3D打印技术是皇冠，那3D生物打印技术就是皇冠上的明珠，而且市场潜力巨大。美国每年治疗人体组织缺损或坏死的手术达800万台，折合费用4000亿美元。

    3D打印人体器官应用难在何处？

    美国德雷塞尔大学教授、中国3D打印技术产业联盟副理事长周功耀说：“我在上世纪90年代就开始接触3D生物打印，发展了几十年，至今尚未到3D打印器官移植的阶段，这是因为生命无小事。3D打印耳朵、膀胱和心脏等都是在实验室里，在植入人体前还要做大量实验、积累并分析大量的数据，不断改进，要做的事情还很多很多。”

    周功耀认为，3D打印的部分器官等可能在已知科学范畴内没有问题，但生物技术领域还有很多人类不掌握、没有探究到的信息。即使人工器官在体外功能正常，一旦植入体内，是否能运作、是否产生毒素以及有哪些副作用都不得而知。

    “人体系统非常复杂，万不得已，不能用有限技术制成的器官去对接无限复杂的人体系统。生命是第一大事，也是3D生物打印发展的第一大困难。”周功耀说，“但3D生物打印的一些前瞻性研究和个体实例出现是好事，将最终促成技术和产品的成功。”

    记者了解到，在骨科医疗领域，3D打印技术用于颅骨修复已经实现，而且部分医院临床实践获得成功，但3D打印人工关节还存在技术瓶颈。

    北京大学第三医院教授余家阔说，3D打印在人工关节领域有巨大的市场潜力，我国每年膝关节置换手术就有8万台至10万台。3D打印人工关节需要耐磨度高、结实、表面光洁度高，达到这些要求最亟须突破的就是以超高分子量聚乙烯为原料的3D打印技术。

    记者了解到，超高分子量聚乙烯是一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料，用于人工关节中间。这种材料耐磨性好，对上下两层金属起到承上启下的作用，但其熔点高、黏度大，因此3D打印技术门槛较高。

    3D打印人体器官还要等多久？

    周功耀表示，利用细胞3D打印技术进行器官移植一般有两种方式。以肝脏为例，一种是先将患者肝脏形状扫描下来，用生物材料做成支架放入体内，再将细胞植入上去，体内环境和营养液充足的情况下，长出肝脏；另一种是在体外直接打印肝脏，直接移植到患者体内。第二种更为科学和理想一些，但还有很长的路要走，保守估计需要20年至30年。

    “医疗领域的3D打印技术应用是很好的发展方向，在发展过程中可能会出现奇迹，促使其大踏步前进，缩短应用周期。但人命关天，不可操之过急，要将研究、实验等工作做扎实。”周功耀说。

    有业内专家指出，在3D打印人体器官研究上，不妨先从器官的营养支持系统做起。因为器官的营养吸收和排泄正是其在体内逐渐修复、适应和代替旧器官的过程，如果能先构建和研究清楚器官的支持系统，将降低器官植入人体后的排异反应和相关风险。

    此外，细胞过于“娇嫩”的特性是3D生物打印的一大技术难点。一位业内专家建议，可先将细胞构建为组织，变成直径200微米的微球，再利用3D打印机打印时，单个“细胞”被保护了起来，它不再那么“娇嫩”，可降低受环境影响而死亡的可能性。

    斯洛文尼亚马里博尔大学教授德斯温斯克认为，3D生物打印应尽快开展机械、软件、生物和医学领域的跨学科研究与合作。

    彭江表示，二三十年后，3D打印器官技术真正成熟时，3D打印器官移植一定是高端消费，因为整个研发、细胞培养等一系列的成本非常高。等到实现规模化生产时，成本会有所降低。另外，要降低成本就一定要拿到原创性的核心技术，模仿没有出路。

    （新华社青岛6月21日电）  

江中沙

全球首例3D打印人体器官移植手术成功
浙江在线健康网 health.zjol.com.cn　 2013年05月29日 09:17:51
美国俄亥俄州的男孩Kaiba Gionfriddo，气管有先天性缺陷，出生6个星期后出现呼吸困难状况，由于通往心脏及肺部的主要动脉错位，气管受到压迫，几乎每天都会突然停止呼吸。医生曾判定其不能活着走出医院。
　　密歇根大学公共医疗中心在Kaiba的喉咙里植入了一个3D打印机制作的人工气管，帮助其正常呼吸。手术在去年2月进行，现在19个月大的Kaiba健康成长，呼吸正常。
　　这是国际医疗史上首个3D打印人体器官成功移植的案例，在3D打印人体器官技术出现前，患者只能透过器官捐赠或是干细胞培育进行治疗。
　　植入的3D打印气管不会被人体排异
　　“当时他脸色发绿，停止了呼吸。”Kaiba的父亲说，第一次发生呼吸困难症状时，吓得立即将孩子送进医院抢救，通过心肺复苏术才醒过来。之后的一个多月时间里，Kaiba的情况越来越严重，只能通过呼吸机来维持生命。
　　医生告诉他们，Kaiba所患的疾病是“气管支气管软化症”，不严重的病例在3岁时就会自愈，严重者很可能因呼吸困难而死亡；而Kaiba的情况较为严重，意味着在2个月大之前，都需要气管插管，以维持通气。
　　“很多医生都说他很可能不能活着出院。”Kaiba的妈妈说。
　　2012年2月9日，Kaiba在密歇根州的C.S.Mott儿童医院做了个手术，一个3D打印气管被放置在了Kaiba气管的缺失部位。
　　密歇根大学公共医疗中心的生物医学工程师David A.Zopf说，整个3D打印过程是这样的，先用计算机设计一个适合Kaiba的气管支架模型，再用热塑性的生物可吸收材料(聚己内酯)，用3D打印机打印出100条细小管道，再利用电脑激光技术，砌出一层层不同形状和体积的塑料薄层。
　　第二天，在美国食品药品监督管理局的允许下，医生将其中一个迷你气管植入Kaiba的喉咙里，即气管中缺失的部位。在移植手术中，依靠支架上的孔洞与气管进行固定。
　　安置支架7天后，开始逐步撤除机械通气机，并在手术后21天完全停止呼吸机支持。一年以后，通过内窥镜造影手术观察患儿的左主支气管，发现一切正常。
　　密歇根大学的专家介绍，3D打印的气管有个切口，随着孩子气管的生长，该人造气管也会随之胀大。“这是其他固定的人工气管移植所做不到的。”
　　“这起案例表明，高分辨率成像技术、计算机辅助设计与生物材料的3D打印结合起来，可以针对患者的特定解剖条件创建可植入设备。”
　　人体组织复杂
　　　3D打印人体器官目前还不能彻底解决问题
　　《新英格兰医学杂志》报道了这一案例后，不少专家都表示看好3D打印人体气管在医学上的运用。
　　今年4月有另一个类似于Kaiba的案例，一名2岁的小女孩出生时没有气管，医生在一个塑料管里，用她自己的干细胞培养出一支气管，最后在美国Peoria医院成功完成手术。
　　“很多人质疑3D打印人造器官的应用，理由是人体组织本身非常复杂，有细胞、显微组织、结缔组织、脂肪等，但现在我们在一步一步来，比如Kaiba并不是没有气管，他只是气管缺失，因此我们需要的只是一个适合其气管尺寸的连接支撑装置，由安全材料制成的人造气管完全可以胜任。”
　　纽约Einstein医学院的专家John Ben说：“但是该人造气管目前并没有能够彻底解决问题，等到Kaiba气管发育较成熟后还要做气管切开套管移植手术。因此，3D打印气管这项技术的临床作用究竟如何，还得等待时间来告诉我们答案……但我想孩子们会首先受益于此技术。“
　　3D打印的动脉有望用于心脏搭桥手术
　　2010年6月，美国Organovo公司就已宣布研制出商业化的3D生物打印机，其可成功制造动脉，而这打印出来的动脉应用于心脏搭桥手术也有望在5年内实现，此外，其表示10年内还将生产出能“打印”心脏、牙齿和骨骼等更为复杂器官的机器。
　　该消息由英国《经济学家》杂志报道。报道介绍，所谓的生物打印机，即它用的原料是人体细胞，它的工作原理类似于在工业中用于制造部件和功能模型的快速成型机。
　　研究人员首先从成年病人的骨髓和脂肪中提取出干细胞，通过采用不同的成长因子，这些细胞能够被分化成不同类型的其他细胞；然后他们再将这些细胞弄成液滴，每个液滴中包含1万到3万个细胞。
　　液滴在打印机中沉淀并聚合在一起，形成一个结构。打印头每经过一次，进行打印操作的底座就下移一个刻度，通过这种方式，打印的器官可逐渐成形。
　　“这台3D生物打印机有两个打印头，一个放置最多达8万个人体细胞，被称为‘生物墨’；另一个可打印‘生物纸’，即含水的凝胶，可用作细胞生长的支架。3D生物打印机使用来自患者自己身体的细胞，所以不会产生排异反应。”

大光

江中沙 发表于 2014-6-25 17:17
全球首例3D打印人体器官移植手术成功
浙江在线健康网 health.zjol.com.cn　 2013年05月29日 09:17:51
美 ...

看来在科技进步方面，我们的视力经常需要突破“保守的估计”。