Hu Lian Wang _ - Hu Xiu_281

　　机”。与Organovo 的NovoGen MMX类似，它会先建立组织球状体层，在打印过程中由水凝胶层支撑和保护。此外， EnvisonTEC 生物绘图机还可以输出可生物降解的聚合物和陶瓷制品，用于支持和帮助形成人造器官。另外，3D 生物绘图机还可用于制造可移植到病人体内的支架。

　　在美国哥伦比亚大学的组织工程与再生医学实验室，Jeremy Mao 带领的团队已经证明了这些非凡的可能性。在一次实验中，这个团队3D打印出一个牙齿形状的开放3D支架。这是一个小型互通的微通道，由“干细胞聚合物质”培育。作为实验的一部分，这个牙齿支架被植入到老鼠的颌骨中。在移植9周之后，它触发了牙周韧带的生长，并形成了新的牙槽骨。这意味着，将来牙医能够在病人体内植入3D打印支架，刺激身体长出新牙齿。

　　Mao 和他的团队还率先研究了可以在病人生物打印的支架旁边重新长出新关节的技术。在实验中，他们先3D扫描一些成年兔子的臀部。然后将这些影像用于支持软骨和骨头重新生长的生物打印3D支架。

　　打印完成后，他们会给支架输入生长因素，然后再植入到兔子的髋关节。正如Mao 的团队在The Lancet 报告的，经过4 个月，兔子都长出了具有完整机能的新关节。一些试验对象在手术结束3到4周后就可以行走或将重心放在新长出来的骨头和软骨上。将来，有可能使用3D打印技术帮助有关节问题的病人重新自然生长出自身部位，而不需要移植人造膝盖或关节。除了Mao在哥伦比亚大学从事这项研究，中国上海大学的李媛媛也带领着一个团队在研究骨骼支架3D打印。

　　7.6 活体内生物打印

　　实验室打印器官或制造支架的第三种方案是，未来生物打印机可能会将细胞直接植入人体。这种大胆的想法引领我们回到维克森林再生医学研究所研究先行者 Anthony Atala 的工作上。他们已经开始将生物打印细胞直接植入到活着的病人体内。具体地说，维克森林的研究人员在美国军方的资助下，尝试开发一些可用于治疗烧伤病人的生物打印技术，它们将替代使用植皮手术的外科治疗方法。

　　在预备实验中，他们使用一台激光扫描仪生成测试老鼠的3D模型。然后，从模型中获得的数据将用于指导材料注射生物打印头，将一层层的皮肤细胞、凝结剂和胶原质喷射到老鼠的伤口上。测试中的活体生物打印机原型非常复杂，它需确定应该在伤口的哪个部分喷射细胞，以及需要喷射多厚的细胞。

　　初始结果证明这项技术很有前景，使用生物打印只需要 2～3 周就能治愈老鼠的伤口，而另一个实验对照组用自然治疗方法需要 5～6 周才能痊愈。需要强调的是，目前这项研究仍处于早期临床前试验阶段，即便如此，活体生物打印仍然有望用于人类的临床治疗。

　　已有一些证据表明，使用生物打印技术治疗烧伤能够比植皮手术减少感染和结疤。这在一定程度上是因为使用植皮手术治疗烧伤需要足够覆盖和密封伤口的组织。如果技术成熟，那么使用 3D“皮肤打印机”则可以克服这些问题，因为我们可以用病人活组织培养出足够的细胞，然后再植到病人身体上。图7-3显示了未来3D皮肤打印机的概念演示。

　　随着活体生物打印的发展，将来可能不限于体外打印新皮肤细胞。目前，大多数外科手术都会在健康肉体上留下刀口，因为需要将工具和手指伸入体内才能缝针、打钉、移植或修复病症。手术之后，病人必须同时愈合患处和刀口。在数十年之后，或许可以让带有生物打印头的机器治疗手臂直接进入人体修复患处，甚至治愈它们进出身体的伤口。当生物打印材料完全熔合到有黏着力的活体组织时，病人可能仍然需要休养和恢复。即使如此，采用这种治疗方式，病人仍然有可能在一周内从重大手术中完全恢复健康。

　　在 The Futurist 的 2011 年 1-2 月刊中，生物打印先行者 Vladimir Mironov 描绘了活体生物打印的实际工作方式。在一个虚构的场景中，一位足球明星的膝盖半月板遭受软骨损伤，马上接受了手术治疗。Mironov是这样描述的：

　　在手术开始时，有 4 个内窥镜设备进入这位球星的膝盖空腔内。其中一个带有微型照像机，它能帮助手术医生查看内部情况；第二个带有激光技术；第三个负责移除组织；而第四个则负责注射从病人脂肪组织中分离并悬浮于水凝胶中的活体干细胞。

　　在整个过程中，由外科医生视频监控的机器人会使用组织等离子蒸发设备清除损坏的软骨。接下来，病人自身的混合水凝胶的干细胞将注入到这个区域，然后马上由激光束聚合。最后，移除内窥镜工具，在受伤的皮肤上喷射一层悬浮在水凝胶上的自我重组皮肤细胞混合物。

　　Mironov预测，这种手术可以在20分钟内完成，而且病人能够在第二天走出手术室并返回足球场。届时，这项技术不仅可用于修复膝盖损伤，还可以治疗关节炎，甚至完成一些大型外科手术。毕竟，如果旧的器官被移除，同时新器官又与细胞层“契合”，为什么还要在体外生物打印新器官（并为病人做一次重大的移植手术）呢？

　　图7-3 3D皮肤打印机的概念演示（图片由Christopher Barnatt提供，来自ExplainingTheFuture.com。）

　　如果上面介绍的例子还不够，那么未来20~30年里，活体生物打印可能会变得越来越安全和常规化，以致可以用于美容行业。因此，我在《25 Things You N