这个男婴是如何被 3D 打印拯救的?
2014-11-30 00:00:00.0 来源:极客公园 责编:周艳平
- 摘要:
- 2012年的2月,密歇根州大学的一个医疗小组对一个3个月大的男婴实施了一个不同寻常的手术。
这都可以实现,那么打印一个器官还面临什么
更大的挑战还在前面,多年来,研究者们梦想着在实验室造出人造肾脏,肝脏、其他器官和组织,使得患者谁需要移植手术时不必寻找一个捐赠者。
但在实验室中生长出可用的组织是十分困难的事情;用细胞代替墨进行打印的 3D 打印机的问世则提供了一线希望。
早在 20 世纪九十年代,安东尼·阿塔拉——维克森林大学再生医学研究所的主任,就开始了在他的实验室中尝试用生物可降解支架培育人体膀胱癌的细胞。这些细胞形成了一种包装袋,他将他们成功地植入七个膀胱功能差的孩子体内,以缓解他们的病情。
试验宣告成功后不久,一批研究人员宣布成功打印出器官,但是这其中的大多数都只是用 3D 打印出了的聚合物支架,并在上面培育出气管、心脏或者肾细胞,没有一个成功地培育出成熟的器官。随着科学家做出更加一致的努力,在实验室中打印出器官,这个问题已不再是他们是否会成功,而是如何成功。
第一个显微镜被发明在十六世纪,与此同时,望远镜诞生。他们很快向人们展现出两个领域:遥远的天体和微观的有机体。但是,天文学家则容易通过三个维度掌握宇宙的机制,细胞生物学家常常似乎仍然停留在一个二维空间。
这是因为检体必须放在一个薄的玻璃载玻片下,以便它可以从上方或下方进行照明。这样一来,即使有现代化的电脑和绘图软件,生物学家很难理解我们的细胞是如何互相作用形成立体的组织和器官。
重构器官的尝试面临两个方面的挑战,莱斯大学的一名生物工程师 Jordan Miller 告诉笔者:这需要至少十亿不同类型的细胞,同时这些细胞还需要被组织起来,保证它们可以交换营养、成长状况以及其他信息。
“这是一个充满炒作的领域。”哈佛大学的材料科学家詹妮弗·刘易斯最近告诉笔者。“我记得有一次 我看到一个 TED 的演讲,我刚开始看视频,那个家伙拿着一个像肾脏形状的物质说:我们正在打印一个肾。我认为这是误导性的,把它的形状打印出来,让它看上去像一个肾。但实际上不是,我们不希望给人们虚假的期待,这对这个领域的名声不好。”
但刘易斯仍然为 3D 打印技术给制药行业所带来的改变怀有极大热情,每年会有几十亿的金额投入到失败的药物发展中,如果生物打印组织可以实现的话,被实验的药物可以在这些组织上做实验,看药物如何发生反应,并且有什么副作用。刘易斯说:“我们希望建立一个快速失败的模式,这样药物可以在人体和动物实验之前,在 3D 的人体组织中进行评估并确定它们的副作用。”
刘易斯也承认,他确实想过这个技术有着打印出整个,可以正常代谢的器官的潜力,最大的挑战来自于如何创造出一个完整的肾,这是登月一样的挑战,第一步是制造出一个肾单位,肾器官的一个基本的过滤组织,最近,这个小组发现了一种制造人体肾部上皮组织的方法。“我们把它看成是一个迈向成功的重要阶梯,预示着下一步的发展,创造一个单独的肾组织就已经是伟大的一步了,可是在每个肾里有一百万个这样的组织。”
当笔者离开刘易斯的实验室之前,他带笔者看了恒温箱,一个在打印机附近和冰箱差不多大小的白色盒子,他打开了恒温箱的门,在架子的一个玻璃载片上,有一个已经被印刷出来的已经完成的组织。组织的一端是是一个精致的塑料管,插进其中,提供葡萄糖、氨基酸等多种营养成本,而另一端,则有一个同样的塑料管,带走二氧化碳和其他的细胞废物。刘易斯说:“这个生物组织在过去两周依然存活着。其实没有什么可看的,但是它还活着,这让我相信这是非常伟大的开始。”
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