科幻變現(xiàn)實(shí)：噴下即療愈，生物3D打印繪就生命密碼圖

最近，因?yàn)?15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(diǎn)PTSD?？吹绞裁词畮椎拦欧罆窆ば?，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(shí)期，白象方便面卻意外火了，并且賣斷了貨。

而大家突然對(duì)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(lái)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(chǎng)份額并不高，竟然還招收了三分之一的殘疾員工，將社會(huì)責(zé)任真正覆蓋到最需要的人群中，這樣的價(jià)值也被無(wú)數(shù)消費(fèi)者認(rèn)同，也無(wú)怪乎大家又開始了野性消費(fèi)。

據(jù)世衛(wèi)組織2021年11月的數(shù)據(jù)，全球超過(guò)10億人口患有殘疾，而隨著人口趨勢(shì)和慢性疾病患者增多的趨勢(shì)，殘疾人的數(shù)量也在逐年增加。而在新冠疫情風(fēng)行的這幾年，殘疾人的生活更是大大受到影響，這一弱勢(shì)群體因?yàn)樵捳Z(yǔ)權(quán)的有限，也一直處于被忽視的狀態(tài)。因?yàn)閲?guó)內(nèi)殘障基礎(chǔ)設(shè)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(wú)處不在，更別說(shuō)參與到社會(huì)價(jià)值的鏈條中去貢獻(xiàn)了。

據(jù)中國(guó)殘聯(lián)數(shù)據(jù)，早在2010年，中國(guó)殘疾人的數(shù)量就突破了8500萬(wàn)。而現(xiàn)在，這個(gè)數(shù)量更加龐大，據(jù)估算數(shù)量超過(guò)一億，他們面對(duì)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(yǔ)的，有各種功能障礙的。無(wú)論是哪種殘疾，在日常生活中，都面臨許多的挑戰(zhàn)?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物醫(yī)療領(lǐng)域的不斷地進(jìn)步，為一些殘疾的診治帶來(lái)了突破。近日一項(xiàng)關(guān)于癱瘓的治療方案，給數(shù)百萬(wàn)癱瘓人群帶來(lái)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(lè)玩耍時(shí)，摔倒導(dǎo)致脊柱受傷癱瘓的，也有在學(xué)習(xí)舞蹈的時(shí)候，因?yàn)橄卵藙?shì)而損傷脊柱導(dǎo)致下半身癱瘓的。在現(xiàn)實(shí)生活中，意外摔傷、交通事故、不當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)等都會(huì)面臨截癱的風(fēng)險(xiǎn)，影響生活質(zhì)量。

據(jù)悉，世界上有數(shù)百萬(wàn)的人因脊柱受傷而癱瘓，神經(jīng)細(xì)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(lái)進(jìn)行脊髓損傷的治療，給脊髓損傷的人帶來(lái)了希望。這種新的療法在動(dòng)物試驗(yàn)中，可以讓100%的早期癱瘓小鼠以及80%的長(zhǎng)期癱瘓小鼠恢復(fù)行走能力。

這個(gè)新型療法來(lái)自于科學(xué)家與再生醫(yī)學(xué)公司的合作，以色列特拉維夫大學(xué) Sagol 再生生物技術(shù)中心的 Tal Dvir 博士帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)與以色列再生醫(yī)學(xué)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(hù)斷裂的脊柱。
在癱瘓小鼠試驗(yàn)中，新型 3D 打印脊髓組織植入物可以快速修復(fù)小鼠受損脊柱，最終使它們恢復(fù)行走能力。這也是全球第一個(gè)組織工程植入物在長(zhǎng)期癱瘓動(dòng)物模型中恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力的實(shí)例，這個(gè)成功的模型試驗(yàn)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(guò)多種方法，例如在急性損傷期將不同類型的細(xì)胞或生物材料移植到受損部位，包括神經(jīng)干細(xì)胞、神經(jīng)祖細(xì)胞等多種細(xì)胞移植療法都曾進(jìn)行過(guò)測(cè)試。
然而，試驗(yàn)結(jié)果不盡理想，要么出現(xiàn)因?yàn)橥N異體細(xì)胞或異體細(xì)胞引發(fā)的免疫排斥反應(yīng)，要么就是這些移植后的細(xì)胞不能成功形成功能網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致移植失敗。

3D 生物打印技術(shù)，可以同時(shí)打印患者的細(xì)胞和細(xì)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(xì)胞外基質(zhì)，生產(chǎn)一種個(gè)性化的水凝膠，這種凝膠植入后不會(huì)引發(fā)免疫排斥反應(yīng)。將培養(yǎng)好的干細(xì)胞封裝在水凝膠中，可以模擬脊髓胚胎發(fā)育過(guò)程，隨后變成包含運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的 3D 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)植入物。

在對(duì)比試驗(yàn)中，研究人員將新型 3D 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)植入物植入受體小鼠后，可以快速修復(fù)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(fù)了行走能力，而長(zhǎng)期癱瘓小鼠模型中也有80%的小鼠恢復(fù)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(gè)突破也無(wú)疑讓脊髓再生醫(yī)學(xué)的進(jìn)步向前邁了一大步。

有關(guān)這個(gè)技術(shù)在人體的應(yīng)用，據(jù)悉Matricelf 公司現(xiàn)在正在和美國(guó) FDA 進(jìn)行積極溝通，準(zhǔn)備在 2024 年底之前通過(guò)其 3D 打印脊髓植入物進(jìn)入人體試驗(yàn)。而人類距離治愈癱瘓可能只有幾年的時(shí)間。想一下，再過(guò)幾年，可以有數(shù)百萬(wàn)的人群受益于這個(gè)技術(shù)重新獲得肢體的自由，令人期待。

對(duì)于人體而言，組織損傷和退化是普遍現(xiàn)象。然而，在一些嚴(yán)重的創(chuàng)傷面前，人體再生能力無(wú)法應(yīng)對(duì)且無(wú)法實(shí)現(xiàn)自愈，運(yùn)用3D 打印生物組織技術(shù)，也可以對(duì)一些組織和器官等移植帶來(lái)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(xué)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，3D 生物打印技術(shù)目前是醫(yī)學(xué)組織工程領(lǐng)域中最先進(jìn)的技術(shù)之一，包含了材料科學(xué)與生物科技領(lǐng)域中最先進(jìn)的技術(shù)，已經(jīng)被用于制造被替換和修復(fù)受損的組織和簡(jiǎn)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(fù)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(duì)于3D 生物打印技術(shù)來(lái)說(shuō)，其技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)打印器官的模型與選擇生物墨水。拿生物墨水來(lái)說(shuō)，它通常是由生物材料、細(xì)胞等其他必需成分組成的復(fù)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(shí)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。

（3D 打印全血管化的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(dòng)物內(nèi)源性病毒的問(wèn)題，而 iPSC 技術(shù)尚難以實(shí)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(wèn)題。

在實(shí)際的臨床應(yīng)用中，3D生物打印技術(shù)也有許多新的突破。近日，國(guó)內(nèi)上海九院骨科團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了一種新型3D生物材料打印技術(shù)，通過(guò)提取患者本身的細(xì)胞來(lái)仿真打印其需要植入的骨骼材料。打印完的骨骼材料會(huì)被移植進(jìn)入人體，骨細(xì)胞會(huì)發(fā)揮骨融合效應(yīng)，生長(zhǎng)恢復(fù)得更加快速高效。據(jù)稱，此項(xiàng)技術(shù)截至目前在全球范圍內(nèi)進(jìn)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(yīng)用，3D打印技術(shù)還可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的藥物試驗(yàn)、外科培訓(xùn)和環(huán)境保護(hù)中。

一家來(lái)自美國(guó)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(cè)試藥物的毒性，并且這個(gè)技術(shù)也應(yīng)用在了測(cè)試對(duì)抗新冠病毒的藥物毒性的研究試驗(yàn)中。

在環(huán)保的場(chǎng)景中，有研究人員嘗試了采用3D生物打印技術(shù)來(lái)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(hù)和珊瑚-藻類共生研究中找到用途。

無(wú)論是臨床醫(yī)學(xué)還是超出組織工程和再生醫(yī)學(xué)的范疇，3D生物打印技術(shù)的應(yīng)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(jī)遇與可能。

下一站：“打印”生命

我們可以看到，在過(guò)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(lái)，被應(yīng)用于眾多生物醫(yī)學(xué)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(yīng)用還有相當(dāng)長(zhǎng)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(gè)系統(tǒng)技術(shù)的提升，如生物墨水組織的保質(zhì)期問(wèn)題，受到微環(huán)境與溫度等各種條件的限制影響，單個(gè)打印技術(shù)的突破，無(wú)法支撐3D生物打印技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)換與應(yīng)用。

2.政策與監(jiān)管條例的補(bǔ)充與細(xì)化。對(duì)于3D生物打印技術(shù)的臨床應(yīng)用中，缺乏有效的監(jiān)管政策，來(lái)保障醫(yī)護(hù)與研究人員的臨床應(yīng)用環(huán)境，對(duì)于這種涉及個(gè)性化醫(yī)療的產(chǎn)品，需要廣泛的討論與征求意見，保護(hù)創(chuàng)新與應(yīng)用的土壤。

3.臨床應(yīng)用醫(yī)護(hù)與患者理念的轉(zhuǎn)變。3D生物打印技術(shù)在臨床的應(yīng)用意味著個(gè)性化醫(yī)療，這也對(duì)醫(yī)護(hù)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(gè)性化的醫(yī)療對(duì)于醫(yī)護(hù)與患者來(lái)說(shuō)比標(biāo)準(zhǔn)化的醫(yī)療面臨的風(fēng)險(xiǎn)與承擔(dān)的責(zé)任要多很多。

整體來(lái)說(shuō)，這些限制雖然阻礙了3D生物打印技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，但在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)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(cuò)的進(jìn)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(jī)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(tuán)隊(duì)已經(jīng)在人體胃的生物模型中使用設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證了其在生物打印活細(xì)胞和修復(fù)傷口方面的有效性，該技術(shù)或?qū)⒃谖磥?lái)用于治療胃壁損傷。在未來(lái)，直接掃描傷口并噴灑“生物墨水”就能修復(fù)破損的組織，電影中未來(lái)人的醫(yī)療技術(shù)要實(shí)現(xiàn)了。

不過(guò)這個(gè)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(xué)、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(yuǎn)。一旦成功規(guī)?；瘧?yīng)用，將會(huì)在健康領(lǐng)域作出前所未有的貢獻(xiàn)。

提高生命質(zhì)量、延緩衰老是人類在生命科學(xué)領(lǐng)域的研究主旋律，隨著全面老齡化時(shí)代的加速，器官、組織的病變與衰老將會(huì)是醫(yī)療領(lǐng)域的重災(zāi)區(qū)。而以3D生物打印為基礎(chǔ)的生物技術(shù)變革，可以為我們的生活帶來(lái)一些新的可能。無(wú)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(duì)不可控的未來(lái)有了些許的自信與底氣。

不過(guò)，實(shí)現(xiàn)生活質(zhì)量的提高與壽命延長(zhǎng)，除了平時(shí)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(wù)。畢竟木有錢的話，一切免談，還是好好埋頭搬磚吧。