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对话徐铭恩:生物3D打印技术能“跑”多远?

发布时间:2015年01月15日    阅读量:6828

被科学家们寄予厚望的生物3D打印技术是如何取得突破的?其发展究竟能给人类带来什么样的福音?徐铭恩有着自己的理解。

记者:把3D打印技术应用到医学上,价值何在?

徐铭恩:汽车有发动机、变速箱等部件,一旦坏了,可以更换。人的器官也会衰老,或者受到外力损伤,如何应对?

现在的常规方法是器官移植。但中国器官移植的患者和供体的数量比是150:1。即使是那1个幸运儿,由于移植的器官来自于异体,受到人体的自体免疫系统的排斥,因此一生都要服用抗免疫的抑制剂。

有没有别的办法?克隆是一种技术方案。但目前医学上治疗性的克隆,只对少数的几个疾病开放,胚胎培养不能超过十四天。因为那时胚胎的心脏就开始跳动,神经也开始发育,已经是一个生命。所以不管是美国、英国还是中国,对人的克隆都是明令禁止的。当然克隆在技术上也还有许多问题需要解决。

3D打印技术具有的快速性、准确性及擅长制作复杂形状实体的特性,使它在生物医学领域有着非常广泛的应用前景。每个人的身体构造、病理状况都存在特殊性和差异化,当3D打印与医学影像建模等技术结合之后,就能够在人工假体、植入体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应。

记者:生物3D打印技术的发展,难在何处?

徐铭恩:细胞3D打印的生物学基础源自一个著名的实验:把老鼠的动脉血管切成一个个的环状结构,像甜甜圈一样,把这些“甜甜圈”全部套起来,大约72小时后,这些“甜甜圈”重新长到一起,形成一个有功能的、可以输送血液的血管。这个实验说明,假如我们在体外用一种技术把细胞按照它体内的结构堆积起来,是有可能成为功能性的结构的。

而在我的实践中,第一个难关是细胞的损伤率。最初打印出来的细胞,损伤率几乎达到90%以上,很多时候是100%。我刚刚做的时候,几乎绝望。大概七八个月的时间里,不停地做,每天换三四套实验方案,换材料、换打印的参数,半年多以后,终于让细胞在里面活下来了。

解决这个问题后,又碰到“幸福的烦恼”,细胞在里面疯长,把整个结构都填满了;又或者是,细胞长起来了,但把支架给吃掉了,因为我们用来做支架的材料是对细胞有营养的物质。

围绕这些情况,又进行了较长时间的实验。慢慢的,我们可以控制细胞在里面的生长,甚至可以控制细胞在里面的分化。后来又发展到能预留出计划中的通道。

记者:除了来修补、替换人的器官以外,3D打印技术在医学上还有哪些应用?

徐铭恩:细胞3D打印技术在药物研发领域的应用也是非常广泛的。既有的药物开发有两种类型:一种是高通量的分子模型,脱离人肌体的整体环境,所以筛选是不准确的;第二种是动物模型,动物和人是有种间差异的,动物身体有效的,到人身上可能就无效;动物身上无毒的,到人身上可能就有毒。因此药物的开发产业投入非常大,但是成功率很低。

现在有了3D打印技术,我们能用打印出来的人的细胞或组织器官进行药物筛选,这给整个药物筛选体系带来革命性的改变。

此外,我们也成功完成了一些生物相容的生物支架的打印。生物3D打印的支架在宏观和微观结构上都可以很好地契合受损组织的结构需求,这在临床上在为病人进行组织修复时,是非常重要和有用的。

我们也在尝试一些更有意思的工作,例如能不能把细胞打印到芯片上,然后让细胞和芯片之间建立信号的传导。

记者:这个技术如果再继续发展下去,会到什么程度?

徐铭恩:也许有一天,我们可以用3D打印的技术做出人工的、人造的感受器官来,比如眼睛、鼻子。生物3D打印技术也可以帮助脑机接口的科学家研究清楚细胞和芯片之间是怎么传输信号的,可以用大脑直接操控机器。

我相信,通过研究3D打印,一定可以延长人类的寿命,但我个人觉得研究这样的技术不是去追求违反自然规律的永生,能让每个人活得更健康长寿一点、和自然和谐共存才是我们的追求。

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