3D生物打印将实现“易容术”

作者：张瑷敏、杨诗杰

用3D打印为自己造个“脸”，听起来确实惊悚。日前，俄罗斯研究人员表示，首张人造皮肤将于2018年年底在俄罗斯正式问世。无独有偶，美国硅谷一家公司也于近日推出了3D面部相机与3D面部打印机的“组合体”，可轻松制作出人皮面具。

带来这一变化的是3D生物打印技术——一种以计算机三维模型为“图纸”，装配特制“生物墨水”，最终制造出人造器官和生物医学产品的新科技手段。随着相关技术的快速发展，3D生物打印不仅会开启人类“易容术”，而且在经济生活和国防军事等领域也有广泛的应用前景。

揭开面纱——人造皮肤是怎样炼成的

在医疗技术高度发达的今天，战场作战的士兵一旦因烧伤引起皮肤损伤，仍缺乏有效的治疗方法。曾几何时，研究人员还专门在实验室里开展过人体组织结构的培育工作。但从上个世纪80年代日渐兴起的3D生物打印技术，无疑为“人造”皮肤打开了一扇大门。

此前，西班牙研究人员曾研发出一款3D生物打印机。这种打印机可制造出足以“以假乱真”的功能性仿人类皮肤，不仅可用于相关测试研究，更可对皮肤受损患者进行修复移植。

然而，人造皮肤的制备说起来容易，做起来难。看似薄薄的一层皮肤，除了要担当人体与外部环境的“警卫”任务外，还要具备感觉、调温和分泌汗液等诸多功能。要想在组织结构“形似”的基础上，进一步研制出具备组织功能、更加“神似”的皮肤，这无疑对生物打印技术提出了极高要求。

目前，用于制备人造皮肤的3D生物打印机，独具匠心地设计出一种“生物墨水”，这一墨水使用的是由血浆、蛋白质和皮肤细胞组成的独特配方，在计算机的精确控制下，能按一定结构有序排列并进行物质沉积，从而制备出人造皮肤。

人造皮肤的制备离不开3D打印机的精确控制。要想将人造皮肤的各个“零件”完美装配，必须首先对受损伤部位构建完整的“三维地图”。在计算机的精确控制下，把各种组分按照皮肤的“地图”精确堆放、层层叠加，才能得到人造皮肤的基本雏形，随后经过一段时间的精心培养，人造皮肤才算是大功告成。

3D生物打印制备人造皮肤的一大优势就是简便快捷。它不再需要经历皮肤组织切片分解、将细胞放置在实验器皿中培养这些漫长过程，只需要对病人的皮肤细胞提取分析后进行短时间培养，经过1-2天就可开始作业。

科技革命——生物打印绝非“一日之功”

随着3D生物打印技术的日渐成熟，不久之后人们或许就可利用3D打印机开启皮肤的流水线生产模式。那么，3D生物打印技术背后又有哪些不为人知的精彩呢？

3D生物打印不同于“呆板固化”的传统3D打印，它的终极目标是制作“有血有肉”的生命体组织与器官。早在2009年，第一台3D生物打印机制备成功，并被《时代周刊》评为年度50项最佳发明之一。此后，3D生物打印进入到发展成果“井喷”阶段，美国研究人员使用复合细胞的水凝胶材料，逐层打印并构建出类似肾脏的结构。同时，他们还创建出一台可以制造器官、组织和骨骼的3D打印机，可为患者提供量身定做的器官替代品。此外，日本研究人员将人造蛋白质材料通过3D打印制备成骨骼或软骨，可进一步治疗患有相关骨科疾病的患者。

3D生物打印的“独门绝技”就在于，它用来为皮肤“搭积木”的是“生物砖”。这是一种具有仿生功能的新型干细胞培养体系，在现代医学精确扫描和计算机快速建模技术支持下，利用计算机精确控制逐层沉积“生物墨水”，就可制备出具有仿生结构的植入体。预计3D生物打印技术将在五年内实现对功能性血管的打印，在十年内实现心脏或肝脏等器官的打印，势必引领现代医学的一场技术革命。

迄今为止制备的3D生物打印植入体，大多还只具有简单的仿生结构，并不能完全模拟人体重要器官的复杂结构和功能。毕竟，要想真正实现复杂组织结构的打印，涉及到庞大复杂的生物医学领域，但它依旧为此提供了无限可能。

畅想未来——“易容术”能否梦想成真

利用3D生物打印制备的新型人体皮肤，既模仿了皮肤的天然结构，又能为皮肤提供足够的机械强度和弹性。此前，美国研究人员就曾通过3D打印技术成功制备出足以“以假乱真”的人工假耳。这种人工耳朵不仅在外观和功能上与真耳相差无几，并且植入人体3个月内还可长出软骨，并逐渐实现相关功能。这项成果不禁让人思考，3D生物打印能否让“易容术”梦想成真？

正是看到了3D生物打印技术未来巨大的应用前景，美军迅速开展相关技术研究。目前，美国陆军正在对再生医学和3D生物打印技术进行投资。美国国防部建立了武装部队再生医学研究所，涉及到多所大学、军事实验室和相关研究人员。3D生物打印领域的“排头兵”美国北卡罗来纳州维克森林大学也是成员之一。他们的主要研究方向就是战场受损伤的皮肤修复以及人体细胞、组织和器官的再生功能研究。

美军前线作战统计数据显示，烧伤占到了战场伤亡总数的10%-30%。尤其是在现代战争高度机械化和信息化的大背景下，防护装甲和信息化作战大大提升了战场生存率，但肢体残缺、面部损伤和严重烧伤的士兵数量仍占有较高比例。借助3D生物打印技术为受伤士兵打印皮肤、修复战争创伤成为研究热点。目前，美军武装部队再生医学研究所已经利用3D生物打印技术开展器官、肢体、骨骼、肌肉和心血管系统的再生技术研究，并逐步实现了受伤部位扫描、快速建模等关键技术突破。

然而，3D生物打印技术真正投入应用，依旧有很长的路要走。人体是个复杂而神奇的系统，我们目前仍未能准确解码细胞之间的功能传递。人造的3D打印器官即便在放入人体后不会遭受排斥，但如何真正与人体细胞融合，如何真正发挥出器官的功效等问题尚待研究。

3D生物打印制备的大量成果，即使不用于人体修复，也可在医学研究、制药、美容、机器人技术和传感领域得到广泛应用，或将深刻改变我们的生活。未来，借助3D生物打印为自己量身定制一款“特殊皮肤”，实现“易容术”也不是没有可能。

来源：中国军网