3D生物列印筆

3D生物印表機（3D生物印表機）就像普通印表機一樣，只不過普通印表機的原材料是墨水和紙，而新生物印表機的原料是人體細胞，這種誤差可以控制在20微米以內，得到的器官可以顯著降低排異反應。

澳大利亞科學家從3D列印技術獲取靈感，研發3D生物列印設備“骨畫筆”，直接在傷骨“畫”出新細胞，一旦投入臨床套用，可提高骨頭重建手術成功率。中國自主研發的生物材料3D印表機已經成功列印出較小比例的人類耳朵軟骨組織和肝臟單元等。

基本介紹

• 中文名：3D生物列印筆
• 又稱：3D生物印表機
• 原料：人體細胞
• 誤差：20微米以內
• 特點：器官可以顯著降低排異反應
• 發明國家：澳大利亞

原理技術

“骨畫筆”原理類似3D印表機，先逐層列印出活性細胞、海藻酸鈉或海藻提取物，再用凝膠覆蓋。兩層物質混合後由筆尖流出，醫生可在受損骨部“邊畫邊補”。

混合物被骨頭吸收後用紫外線烘乾，醫生隨後建立稱為“骨棚架”的細胞層，再長出神經和肌肉，骨畫筆可加速骨骼和軟骨再生。

外形

3D生物印表機有兩個列印頭，一個放置最多達8萬個人體細胞，被稱為“生物墨”;另一個可列印“生物紙”。所謂生物紙其實是主要成分是水的凝膠，可用作細胞生長的支架。3D生物印表機使用來自患者自己身體的細胞，所以不會產生排異反應。

3D生物印表機使得人體器官可“按需列印”3D生物印表機基於現有技術發明，這些技術當前被用以製造工業零部件的3D模型。

生物印表機的不同之處在於，它不是利用一層層的塑膠，而是利用一層層的生物構造塊，去製造真正的活體組織。這一技術尚處於初級階段，不過第一台3D生物印表機的原型機已在2009年底製造出來，並用以測試。

工作

3D生物印表機工作原理類似於在工業中用於製造部件和功能模型的快速成型機。

研究人員首先從成年病人的骨髓和脂肪中提取出幹細胞，通過採用不同的成長因子，這些細胞能夠被分化成不同類型的其他細胞;然後他們再將這些細胞弄成液滴，每個液滴中包含1萬到3萬個細胞。液滴在印表機中沉澱並聚合在一起，形成一個結構。列印頭每經過一次，進行列印操作的底座就下移一個刻度，通過這種方式，列印的器官可逐漸成型。

這種機器可放進標準實驗室的生物安全櫃，進行無菌操作，還可以用電腦製圖系統來設計人體器官的剖面圖，進行精確列印。隨後，自然生成的細胞開始重新組織、熔合，形成新的血管。每個血管大約需要一小時形成，而熔合在一起需要數天時間。

研發背景

20世紀，沒有一種醫學技術像器官移植一樣帶給人們那么多的驚喜與希望。到2010年為止，人類已經完成了除大腦之外的所有器官的移植，全世界有將近100萬曾經被死亡陰影籠罩的人通過器官移植獲得了新生，這個數字相當於一個小型城市的人口總和，所以有人說20世紀是器官移植的世紀，它是19世紀醫學史上最偉大的突破之一。

然而，器官移植在很長時間內一直面臨一個困境。一個器官的獲取，是要以另一個人器官的失去為前提的，但主動或被動失去的器官遠遠要比所需的器官少得多。這是全世界都面臨著的問題。據統計，中國每年需要透析的病人有12萬例，這其中，只有二十分之一的人得以接受腎臟移植;需要移植的終末期肝病患者有一百萬左右，而每年只有三四千人接受了移植手術。

對此，人們構想出了很多解決之道，比如說在科技水平能發展一定程度後，可以使用動物的器官移植給病人、使他繼續生存;或者，使用人工製造的器官移植也可以幫助病人重新進行正常的生活，3D生物印表機的出現或將解決這一問題。

研發

2009年底，澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司宣布攜手研製出了全球首台商業化3D生物印表機，研究人員採用事先提取好的活體，進行組合排列，列印出所需要的細胞，誤差可以控制在20微米以內，得到的器官可以顯著降低排異反應。

套用前景

3D生物印表機(3D bio-printer)是由澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司聯合研製的全球首台商業化印表機。

雖然2010年3D生物印表機已初見端倪，但它還處於早期測試階段，Invetech和Organovo這兩家公司宣稱，這項技術在5年內將能提升到製作出心臟搭橋手術中所需的動脈和靜脈血管，像製作心臟和肝臟這類複雜的器官在10年內有望實現。

對於3D生物印表機的出現，醫療界對此非常的期待。就如同之前出現的“達·文西”三維模擬手術機器人一樣，它也必將給醫療界帶來一場革命，給所有等待合適器官的病人們帶來希望。

科學家們表示，3D生物印表機的出現能夠幫助醫生去研究、掃描和複製病人所需要的器官，並能改進醫療服務方式，他們相信不久就能用這種印表機製造出人體組織，徹底解決醫療中器官難尋的局面。

此外，全球首台商業化3D生物印表機的出現或將從市場需求源頭解決這一問題，按需列印生物器官，讓器官買賣的罪惡從此結束。

研究員此前在畫出的“骨棚架”造出新生膝蓋軟骨，幫助治療癌症和關節炎。負責研發的人員正最佳化細胞組織，預計5年內進行臨床實驗。未來只要替換不同填充物料，就可修復受損皮膚及肌肉。

中國研發

中國研發生物材料3D印表機 可列印人體細胞

列印出來的活細胞組織

杭州電子科技大學等高校的科學家自主研發出一台生物材料3D印表機。科學家們使用生物醫用高分子材料、無機材料、水凝膠材料或活細胞，已在這台印表機上成功列印出較小比例的人類耳朵軟骨組織、肝臟單元等。

這台生物材料3D印表機具有列印生物材料種類多、對細胞損傷率低、列印精度較高和操作方便等特點。和國際同類印表機相比，這台名為“Regenovo”的3D印表機不僅實現了無菌條件下的生物材料和細胞3D列印，而且新型的溫控單元和列印噴頭設計，能夠支持從－5℃到260℃熔融的多種生物材料列印。

“Regenovo”支持活細胞列印，列印的細胞有著高達90%的存活率。列印出來的活細胞存活時間最長為4個月。

不過，從人體細胞、組織乃至器官被“列印”出來，到真正套用於臨床，還有相當長一段路需要走，這需要多種領域的科學家通力合作。