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你可以用3D打印机打印很多东西。A枪，a主页，a晚餐。很快，你甚至可以打印出自己的新作品。

虽然3D打印的大多数用途都涉及通过喷嘴挤出塑料层来创建三维结构，但不久之后，类似的技术可以让医生打印出由人体细胞构成的结构——从“芯片上的器官”这样的微小结构到像整体一样的巨大结构替代器官。

“生物打印有很大的前景——它有很多优点和能力。当然，这还不是很完美，但尽管如此，我们在这个领域已经有了所有这些好的方面，”Ibrahim Ozbolat博士说，宾夕法尼亚州立大学生物打印重点臭氧实验室的首席研究员。

参见：成为数字化转型冠军的指南（TechRepublic Premium）

其中之一就是制造替换器官。生物打印人体组织的过程比3D打印一个新的桌面玩具要复杂得多。首先，你必须从需要新器官的人身上获取一些干细胞，在合适的生化汤中培养，直到你得到足够的干细胞，然后将它们转化成可以通过两微米厚（或人类头发的80分之一大小）的喷嘴挤出的生物墨水。生物墨水会被推进打印机，通常是在水凝胶制成的支架上。再多培养一点，你就可以得到一种可用的组织，它可以直接在手术室打印到病人身上，也可以在实验室里构建然后植入。

生物打印不是一个快速的过程，但它可能对医疗保健产生重大影响，尤其是为长期缺乏器官的问题提供解决方案。例如，在美国，仍有超过11.2万人在等待移植。

除了器官数量不足外，捐赠器官的另一个问题是受者的免疫系统会攻击它们，导致捐赠器官衰竭。如果在最初的几天或几周内没有发生这种情况，那么最终会发生——活体捐献者捐献的肾脏通常能维持12到20年。移植器官的人也需要服用药物来长期抑制免疫系统。虽然这些药物减少了器官排斥的机会，但也会使服用这些药物的人面临其他疾病的风险，比如某些癌症。

由个人自身组织制成的生物打印器官不会被身体排斥，使用时间会更长，不需要抗排斥药物，而且可以根据个人的精确尺寸定制——不管他们是四岁的孩子还是NFL的后卫。

总之，这就是目标。到目前为止，大多数在实验室里制造的人体器官还没有植入人体。并不是所有的人体器官都是平等的——或者说，可以通过生物打印来创造。扁平组织，如皮肤，和中空组织，如胃或膀胱，相对容易打印，而复杂的实体器官，如心脏、肝脏或胰腺，由于它们需要丰富的血液供应，用印刷术复制要困难得多。

维克森林再生医学研究所所长安东尼·阿塔拉博士认为，问题在于较大的生物打印器官的血管。

“血管形成仍然是一个挑战，因为每厘米（像心脏这样的大器官）有太多细胞，你真的需要大量的血管供应和营养。因此，创建大型结构仍然是一个挑战，尽管打印机在这方面确实有帮助，但我们还没有准备好。”

器官越大，它需要的血液供应越多，才能将器官和营养物质输送到组织中。大器官需要一个复杂的相互连接的、不同大小的动脉、毛细血管和静脉网。血管壁需要有足够的强度来承受正常的血液流动而不引起血栓，并且需要由特定的层构成。目前，3D生物打印机的管理过于复杂。

当研究人员正在研究如何打印全尺寸器官时，最小的生物打印结构已经在帮助研究人员。生物打印技术还可以用来制作“芯片上的器官”——一种微小的组织样本，模仿其成熟同类的功能和结构。这些微型器官允许制药公司在人体组织上测试药物，并评估其有效性或毒性，而不是使用不可靠和伦理上困难的动物模型。

有一天，芯片上的器官可以用个人的细胞来测试潜在的治疗方法。医生们在没有特定的治疗方法的情况下，可以用一种独特的方法对每个病人的细胞进行培养，而不是用一种独特的方法对他们进行细胞培养。

“这些微型人体器官可用于药物发现、直接毒性测试和个性化药物，BCS建模和个性化医疗。我们采取了同样的策略，通过使用相同的打印机，我们可以打印出复制人类正常反应的微型结构。

请参见：冠状病毒和3d打印：制造商如何加紧供应重要医疗包

以及打印健康组织，生物打印机可以制作病变组织的样本——比如癌症——来研究当前和未来的治疗方法。

“我们正试图找到一种有效治疗实体瘤的方法。我和免疫学家一起工作，他们设计免疫细胞并制造细胞毒性细胞来对抗癌细胞。现在我们正在尝试我们打印或构建的不同3D模型中的免疫细胞。这可以作为免疫治疗的预筛选工具：因此，这将是筛选治疗效果的一个中间步骤，而不是直接去检查病人身上的东西，而是筛选治疗效果的中间步骤，

而且这不是生物打印的唯一方式，或者说，生物打印机——可能有助于开发针对常见健康状况的新疗法。

虽然惠普的打印机更多地与办公室而非实验室联系在一起，但惠普也向生命科学行业销售打印机，其D300生物打印机生产线可打印药品而非文档。这种机器通常用于中小型制药公司的二次药物发现，在那里，被认为对某种特定疾病有效的化合物被测试，看它们是否对疾病有任何影响，如果有，剂量是多少。

据惠普公司（HP Inc.）全球负责人兼专业打印系统总经理安妮特·弗里斯科普（Annette Friskopp）说，在一批惠普工程师开始研究可以通过热喷墨打印头或类似打印头喷射的世界上价值最高的流体之后，生命科学打印机应运而生。是香水、喷气燃料、稀有化合物吗？

“他们在这次探索中发现的价值最高的液体之一是药物化合物……如果你曾经在HP打印机上打印过照片，想想有多少小滴墨水必须定向喷到那张纸上，所以当照片从打印机出来时，你的朋友和家人就在那里。利用完全相同的技术，即使用热喷墨技术的[药物]分配，”她说。

Viiv Healthcare的David Irlbeck在他的工作中使用惠普的D300为艾滋病毒创造潜伏期逆转药物。（潜伏期逆转是指将HIV感染从潜伏期变为活跃期，人体可以对其产生免疫反应，它被认为是寻找治疗艾滋病毒的一个很有前途的途径。）

参见：显示了3D打印的潜力用于测量非常小，非常精确的特定化合物的量，以观察它们在不同剂量下的效果如何变化。Irlbeck说，这台机器“非常用户友好，非常容易编程，而且它可以进行手工操作非常困难的滴定”。通过让打印机打印出这些药物，研究人员能够将药物浓度降到越来越高的浓度，而人类研究人员用手做同样的过程根本无法做到，如果这样做的话，精确度可能会降低。而且，由于打印机可以以微小而高精度的浓度测量出药物的剂量，这使得药物研究人员能够减少（非常昂贵）化合物的任何浪费。

生物打印机还使研究人员能够将两种药物以非常精确的浓度组合在一起，以观察它们是否可能产生协同效应——两者药物结合在一起可能比两者单独产生的效果更大。”Irlbeck补充道，在没有像D300这样的仪器的情况下进行协同工作在技术上要求非常高，

除了致力于HIV药物治疗外，D300最近也参与了治疗SARS-CoV-2的工作，这是一种导致COVID-19的病毒，正在为北卡罗来纳大学的一个实验室准备药片，该实验室正在进行调查它们的抗病毒潜力。

这些生物打印机也被用于对抗冠状病毒的其他地方。惠普已经向四个研究机构捐赠了D300e生物打印机中的四个：西班牙国家研究委员会、意大利托斯卡纳生命科学基金会的单克隆抗体发现实验室、休斯顿大学的美国核受体和细胞信号学中心（CNRCS），以及法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学医院。在他们之间，这些设施正在使用这些机器来研究COVID-19的基础生物学、单克隆抗体和其他潜在的治疗方法，免疫研究：医疗保健的未来很可能是3D打印的。

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2023-03-22 10:04:20