有那么多人在研究细胞3D打印，能实现打印器官的承诺吗？(2)
利马一直在研究3D打印在眼科治疗中的应用，目的是治疗由视网膜老化造成的失明。利马和加利福尼亚州斯坦福大学眼科医生杰弗里•戈尔德贝格（Jeffrey Gddberg）一起将视网膜神经节细胞打印到支架上并观察他们是否能长成视网膜。由于神经节细胞是神经元，它们需要在某个特定的方向上生长。“我们想让这些神经元轴突朝着一个特定方向生长，因为我们想引导他们达到正确的目标。”戈尔德贝格说。神经细胞轴突需要沿着视神经生长的特定路径将视网膜与大脑相连。利马和戈尔德贝格成功地制造出一种模拟神经纤维在眼内走向的辐射式支架，然后他们将细胞沿着支架的路径走向打印出来。富含层粘连蛋白（一种纤维蛋白）且含有一些褐藻胶的水凝胶可以使视网膜细胞更好地被锚定在支架原位，以便天然的信号传导机制促进它们向正确的方向生长。在研究人员研制的这种辐射式支架结构中有72%的神经轴突是沿着预定方向生长的，而在二维的培养板上培养细胞只有11%的成功率。
用生物打印技术生长的视网膜的一大优势是它的特异性。视网膜包括两种光感受器：视杆细胞和视锥细胞。视杆细胞主要集中于视网膜的边缘，而视锥细胞主要集中于视网膜中央。生物打印技术能够精准控制这些细胞的位置。戈尔德贝格说：“你用任何其他技术根本做不到这一点。”但他还补充道，实现生物打印角膜的移植大概还需要几年的时间，一个重要的挑战是神经细胞比软骨细胞等排列得更加致密，而研究人员还不确定如何实现这种密度。
在该领域还有另外一个研究方向，那就是寻找最好的生物墨汁。不同的材料各有其独特的性质，这些性质会影响到这些墨汁的使用、塑形的效果以及对细胞生长的促进作用。理想的墨汁应该保持液态，这样它才可以更好地散布开来，但它又能在不使用可能危害细胞生长的化学物质或重剂量的辐射情况下，迅速变成一种较为坚固的凝胶状结构。“纵观生物打印技术，你就会发现当前该领域的短板就在于很难获取到合适的生物墨水。”英国布里斯托大学大学化学家亚当•佩里曼（Adam Perriman）说。佩里曼发明了一种新型生物墨汁，它是水凝胶Pluronic（有机共聚物泊洛沙姆的一种混合物）和褐藻胶的一种混合物，这种混合物使他能够精确调控胶凝时间——虽然Pluronic结构可以很好地保持形状不变，但是它会随着温度的变化融化掉，而褐藻胶胶凝速度又太快了，二者单独都不能满足要求。佩里曼利用这种混合墨汁打印出任何一种他想要的形状，一旦固化，Pluronic就可以被洗掉，而这些被洗掉的凝胶通过一张微孔网过滤出去，从而有利于打印组织汲取养分。
另外，来自韩国庆尚北道浦项工科大学的机械工程师赵冬雨（Dong-Woo Cho）正在研究用细胞外基质制造生物墨汁。他提取出心脏组织、软骨或脂肪并去除所有细胞，只留下胞外基质，基质内包括胶原蛋白、黏多糖等原材料。他将这些材料磨碎，并将其与醋酸和氢氧化钠混合制成以丝状物形式挤出的墨汁，当这种墨汁加热到体温的温度后会产生胶凝现象。他认为，由于该墨汁来自于细胞赖以生存的基质，它能为细胞的生长繁殖提供更自然的环境，并且比用非体内常见物质制成的墨汁更具生物相容性。目前他正在使用该墨汁开发一种修复心脏损伤的补丁。
美国北卡罗来纳州温斯顿塞勒姆市维克森林大学再生医学研究所主任安东尼•阿塔拉（Anthony Atala）认为，一些较为简单的3D打印组织将在未来几年应用于临床。第一种可以使用的组织很可能是软骨——它的结构相对扁平，只包含几种细胞并且不需要血供。阿塔拉已经成功打印出软骨和骨骼，并将它们移植入小鼠体内。至于人类，在软骨之后投入应用的是诸如动脉和尿道等空心管状组织，然后是膀胱等空心器官组织。“当然，所有的组织都很复杂，但是至少还有一些相对简单的扁平结构供我们选择，例如皮肤。”阿塔拉说。
然而，实体器官会有几十种以上的细胞类型，而且还需要血管系统为这些细胞提供养分。直径大于200微米的细胞（相当于几根人类头发丝的宽度）在离开营养源的条件下将会迅速死亡。因此研究人员想要成功地打印出实体器官，创建出真实的血管系统是一个必要环节。
哈佛大学的一个研究团队已经迈出了解决上述问题的第一步，他们用基本的血管系统打印出一块厚组织并使其存活了数周。该团队使用了三种不同的墨汁：第一种是硅有机树脂，用于塑形；第二种是混合了多能干细胞的生物墨汁，用于形成组织；第三种是普卢兰尼克，当它处于室温时，是一种胶体，但是冷却后就变为液体。研究人员打印出这种组织，并用普卢兰尼克制成许多贯穿组织的脉管，打印成功之后，整个组织将冷却至4℃，继而普卢兰尼克变为液态流出并形成数条组织内营养物质流动的脉管。
通过这个过程，哈佛研究团队打印出了1厘米厚的组织并使它保持了超过6周的生物活性。这对于用来建立磷酸钙底膜（骨组织在其上可以生长）的干细胞来说是一个相当长的存活时间。“这条研制道路没有终点，我们要打印出更厚的组织。”生物工程师兼团队领导人珍妮弗•刘易斯（Jennifer Lewis）说。在本次研究中所使用的血管系统并不成熟，只是连续几层组织中纵横交错的管道。她说，真实的器官需要更复杂的静脉和粗细不同的毛细血管。
要知道，生物打印的潜力还不只是身体部位对等器官的替换。奥日博尔特正在展望使用新型组织赋予人体新功能的前景。例如，他的实验室已经初步涉足这一领域，旨在制造出一种器官使体内的化学能转化为电能——这是电鳗的特异功能。这样一来人类可以自带内置的、可反复充电的电池驱动从起搏器到假肢的各种体内装置。当然，即使打印技术无法赋予人类这些超人一般的能力，这项新技术还是会翻开医学史的新篇章。如果生物打印技术可以生产出无限量的可替代组织器官，那么会有多少生命被拯救，又会有多少人的身体将会被改善呢？
原文作者尼尔•萨维奇（Neil Savage）是来自马萨诸塞州洛厄尔市的一名科技文章自由撰稿作家。
(责任编辑：admin)
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