放入特殊生物喷墨 打印出来活的3D器官组织
徐铭恩教授研制出生物3D打印机。
生物3D打印机制作出的肾脏组织
浙江在线08月07日讯放入生物喷墨，就可打印出活的器官组织。
最近，杭州电子科技大学生物制药研究中心负责人徐铭恩，及其团队最新研发出这样一款“利器”——中国首款生物3D打印机。
7年的准备、1年的研发，徐铭恩团队的研发成果超越了德国的生物3D打印机。去年，国际顶级期刊Biomaterials将这款3D打印研究评价为其领域的最高水平。
那么，这款生物打印机究竟“高”在何处？它又有何用？昨天，记者走入杭州电子科技大学生物制药研究中心实验室，一探究竟。
3D的器官组织，怎么打印
实验室内，生物3D打印机正在打印肝小叶(肝组织)。“打印一个，大概需40分钟至1小时的时间。”徐铭恩介绍。
3D的器官组织怎么打印？喷头每来回运作一次，肝小叶就增厚一点。原来，它是一层层地打印，这么一个肝小叶大概需要打120层。
其实，每一层的打印路径都有讲究。“这款生物3D打印机，打印之前可先分层预览，确定每层的速度温度等，确定最佳的打印路径。不过，分层控制还不够智能，有时需要手动。这个，还需要改进。”徐铭恩解释。
打印槽的四周，均是0℃的环境，适宜细胞的存活。“这是一个由独立固态制冷单元和传热管网形成的温控设计，德国的3D打印机只有底板能保持低温，而我们的整个打印腔和喷头都能控制在低温。细胞只有在低温之下，才能在打印过程中保持高存活率。”
但仅仅0℃，还不足以保证打印出来的肝小叶存活并生长出细胞。“细胞很柔软，可打印需要挤压，我很好奇，这个喷头到底怎么做到细胞存活的？”浙江大学医学部基础医学系教授李继承疑问道。
“特殊的打印喷头设计和材料固化技术，可以将细胞在打印过程中的成活率提高到90%以上。”徐铭恩表示。喷头温度可从-5℃跨越至260℃。“这可以打印更多种的材料，也可以保证细胞在打印过程中的存活。”徐铭恩进一步解释。
此外，整个打印过程都是密封无菌的状态。而这，也是德国生物3D打印机所没有的。一旦染菌，打印出来的组织也就成了“废物”，无法使用。
打印出复杂的细胞甚至器官，是未来的方向
不过，最关键的，还在于，喷出来的“油墨”。喷墨的质量，直接决定了打印出来的组织是否能用于器官修复及药物实验。
这款喷墨的材料之一是“水凝胶”，由多种材料经一定比例调制后形成。这种水凝胶，与人体生长环境相似。水凝胶再与提取的细胞混合，就形成最终的生物喷墨。 “需要打印哪款组织，就混合哪种器官上的细胞。”徐铭恩表示。
一旁盛了酒精的容器里，还放着迷你型的人脸、鼻子和耳朵。“刚打印出来的组织很软，通常需要放入交联剂固化后，再放入培养箱中培养。”杭州电子科技大学生物医学工程研究生赵占盈说。
培养时，细胞会否自然生长在打印出来的组织支架上呢？徐铭恩带小组成员做过这样一个实验：打印出来的骨支架放入大白鼠体中，2周后，可见肉芽和血管长入支架的大孔内。而这，将可用于临床的骨缺损修复。
器官组织能够通过这一款生物打印机产生，固然让人眼前一亮。不过，“对于临床医生来说，手术中最缺的是器官来源。我们最期待的，还是能否打印出器官，移植到人身上？”解放军第117医院呼吸内科主任陈清勇说。
其实，这也是生物3D打印机被期待的一个重要原因。不过，打印出复杂的细胞、甚至器官，还有很长的路要走。
不仅如此，生物3D打印机还可用于药物开发。
2010年，美国研究制药工业协会会员公司新药研发投入674亿美元。而辉瑞(全球最大的生物制药公司)光是在创新药品研发上，就共投入94亿美元。一款新药的研发，平均需要8亿美元，费时10年。
为何费时费钱呢？就因为，实验的介质是动物，与人体差异很大。但是，如果打印出人体的器官组织，就可最直接的进行在其上进行药物筛选。
此外，还可用于医疗辅具。比如，肝移植手术很复杂，打印一个3D肝器官(非活体)，手感与活体的肝脏一样，可用于动刀医生进行模拟手术，制定更有效的手术方案。
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3D打印技术：以计算机三维设计模型为基础，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。
生物3D打印(3D-Bioprinting)：以计算机三维模型为基础，通过软件分层离散和数控成型的方法，定位装配生物材料或活细胞，制造人工植入支架、组织器官和医疗辅具等生物医学产品的3D打印技术。
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