科幻變現實：噴下即療愈，生物3D列印繪就生命密碼圖

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。看到什麼十幾道古法晾曬工序，眼前浮現的是一雙雙大腳板特殊醃製。涉及到酸菜系列的各種食物，泡麵、酸菜魚等都慘遭荼毒，牽連了許多企業。但清奇的是，在大部分方便麵企業受損的時期，白象方便麵卻意外火了，並且賣斷了貨。

而大家突然對白象的關注，則源於一則短視訊的爆料：白象三分之一的員工來自於殘疾人。在一眾泡麵企業中，白象方便麵佔據的市場份額並不高，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消費者認同，也無怪乎大家又開始了野性消費。

據世衛組織2021年11月的資料，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的有限，也一直處於被忽視的狀態。因為國內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。

據中國殘聯資料，早在2010年，中國殘疾人的數量就突破了8500萬。而現在，這個數量更加龐大，據估算數量超過一億，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，後天的殘疾比比皆是。殘疾病症中，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。科學技術的發展，生物醫療領域的不斷地進步，為一些殘疾的診治帶來了突破。近日一項關於癱瘓的治療方案，給數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。在現實生活中，意外摔傷、交通事故、不當的運動等都會面臨截癱的風險，影響生活質量。

據悉，世界上有數百萬的人因脊柱受傷而癱瘓，神經細胞破壞、神經纖維斷裂、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生物列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。

這個新型療法來自於科學家與再生醫學公司的合作，以色列特拉維夫大學 Sagol 再生生物技術中心的 Tal Dvir 博士帶領的研究團隊與以色列再生醫學公司 Matricelf 協同，開發的3D 列印脊髓組織植入物，可以有效修護斷裂的脊柱。

在癱瘓小鼠試驗中，新型 3D 列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例項，這個成功的模型試驗也是人類癱瘓治療最相關的模型，為脊髓損傷的人群提供了可以站立生活的新可能。

在連線受傷的脊髓方式中，研究人員曾提出過多種方法，例如在急性損傷期將不同型別的細胞或生物材料移植到受損部位，包括神經幹細胞、神經祖細胞等多種細胞移植療法都曾進行過測試。

然而，試驗結果不盡理想，要麼出現因為同種異體細胞或異體細胞引發的免疫排斥反應，要麼就是這些移植後的細胞不能成功形成功能網路導致移植失敗。

3D 生物列印技術，可以同時列印患者的細胞和細胞外基質，從而生產活的組織和器官。研究人員利用提取的細胞外基質，生產一種個性化的水凝膠，這種凝膠植入後不會引發免疫排斥反應。將培養好的幹細胞封裝在水凝膠中，可以模擬脊髓胚胎髮育過程，隨後變成包含運動神經元的 3D 神經網路植入物。

在對比試驗中，研究人員將新型 3D 神經網路植入物植入受體小鼠後，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 生物列印技術，可以列印治癒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學的進步向前邁了一大步。

有關這個技術在人體的應用，據悉Matricelf 公司現在正在和美國 FDA 進行積極溝通，準備在 2024 年底之前通過其 3D 列印脊髓植入物進入人體試驗。而人類距離治癒癱瘓可能只有幾年的時間。想一下，再過幾年，可以有數百萬的人群受益於這個技術重新獲得肢體的自由，令人期待。

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

多領域的“開花”突破

得益於組織工程和再生醫學領域的飛速發展，3D 生物列印技術目前是醫學組織工程領域中最先進的技術之一，包含了材料科學與生物科技領域中最先進的技術，已經被用於製造被替換和修復受損的組織和簡單的器官。

3D 生物列印技術與普通的 3D 列印技術類似，均是以自上而下、逐層構建的方法生成複雜且精確的立體結構。不同的是，3D 生物列印技術的最終目的是要逐層構建組織或器官。

對於3D 生物列印技術來說，其技術的關鍵是設計列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複合材料。由於該技術可研究用於製造功能性的人體組織或器官，如心臟、肝臟、皮膚、骨骼等。因此，實現並維持生物墨水材料的活性和功能是該技術的關鍵所在。

(3D 列印全血管化的mini人類心臟)

在器官移植和組織移植方面，有 3D 器官列印技術、 iPSC 技術和異種器官移植等解決方案，這些不同的解決方案各有優劣，用於解決不同的移植與治療需求。相比較而言，3D器官列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源性病毒的問題，而 iPSC 技術尚難以實現器官構建。這些方案與技術在各自適配的領域內並行發展，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生物列印技術也有許多新的突破。近日，國內上海九院骨科團隊首創了一種新型3D生物材料列印技術，通過提取患者本身的細胞來模擬列印其需要植入的骨骼材料。列印完的骨骼材料會被移植進入人體，骨細胞會發揮骨融合效應，生長恢復得更加快速高效。據稱，此項技術截至目前在全球範圍內進行了3次臨床手術，且均在上海九院。

除了在醫療領域的臨床應用，3D列印技術還可以應用於醫學領域的藥物試驗、外科培訓和環境保護中。

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

在環保的場景中，有研究人員嘗試了採用3D生物列印技術來製造仿生3D列印珊瑚，作為珊瑚啟發生物材料的新工具，可以在藻類生物技術、珊瑚礁保護和珊瑚-藻類共生研究中找到用途。

無論是臨床醫學還是超出組織工程和再生醫學的範疇，3D生物列印技術的應用在這些領域中都在嘗試開啟新的大門，將此前研究緩慢、停滯的領域續接上新的機遇與可能。

下一站：“列印”生命

我們可以看到，在過去的二十年裡，許多生物3D列印技術已經被開發出來，被應用於眾多生物醫學領域，包括組織工程、疾病模型和藥物篩選等。儘管如此，大多數生物3D生物列印技術與臨床和轉化應用還有相當長的距離，面臨著許多的障礙。

1.核心技術本身的限制。從器官組織模型到生物墨水原材料等，需要整個系統技術的提升，如生物墨水組織的保質期問題，受到微環境與溫度等各種條件的限制影響，單個列印技術的突破，無法支撐3D生物列印技術的臨床轉換與應用。

2.政策與監管條例的補充與細化。對於3D生物列印技術的臨床應用中，缺乏有效的監管政策，來保障醫護與研究人員的臨床應用環境，對於這種涉及個性化醫療的產品，需要廣泛的討論與徵求意見，保護創新與應用的土壤。

3.臨床應用醫護與患者理念的轉變。3D生物列印技術在臨床的應用意味著個性化醫療，這也對醫護和患者的理念提出了要求，需要雙方以開放的心態去接納新型的醫療產品器械。個性化的醫療對於醫護與患者來說比標準化的醫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生物列印技術的規模化應用，但在生物醫學應用方面，3D生物列印技術也奮力邁入了新的階段，並且取得了不錯的進展。比如在大尺度組織和器官的列印、疾病模型的建立、微生理系統和器官晶片的構建、生物機器人和太空生物列印等。

例如大尺度組織的列印技術方面，原位生物列印方案可以直接在受傷部位 3D 列印組織。

有研究團隊已經在人體胃的生物模型中使用裝置進行測試，驗證了其在生物列印活細胞和修復傷口方面的有效性，該技術或將在未來用於治療胃壁損傷。在未來，直接掃描傷口並噴灑“生物墨水”就能修復破損的組織，電影中未來人的醫療技術要實現了。

不過這個炫酷的前沿技術不是單領域的孤軍奮戰，涉及到材料、化學、藥物、生物等各領域，需要這些領域的協同研發深耕，才能走得更遠。一旦成功規模化應用，將會在健康領域作出前所未有的貢獻。

提高生命質量、延緩衰老是人類在生命科學領域的研究主旋律，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療領域的重災區。而以3D生物列印為基礎的生物技術變革，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，實現生活質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療服務。畢竟木有錢的話，一切免談，還是好好埋頭搬磚吧。