人的身体器官,五脏六腑都是非常复杂的组织,每个器官都由不同的细胞类型和其它部件构成,并且发挥特定的作用。
3D 打印技术诞生以来,人们一直在思考如何将其运用在医疗领域。别说小汽车小玩具了,人的耳朵鼻子胳膊腿为什么不能用特定的 3D 打印技术来实现呢?
最新的研究显示了一种新的细胞和生物材料的 3D 打印技术,这项技术作为单一生产过程的一部分,有助于尽快实现打印复杂化的人体器官。
有证据表明,3D 细胞打印将是药物开发中最有用的技术,可以减少动物测试的伦理压力,并将新的治疗方法更快更安全地推向市场。
3D 打印技术,最早用于工业零件的快速制造,使用称为固溶法和熔丝沉积建模的方法用特制机器将零件立体浇铸。
那么如何将这项前沿科技用在“生物学”(即细胞)方面呢,成就一个全新的领域:3D 生物打印。
3D 生物打印最关键的是需要保证无菌条件,以避免生物印刷样品的污染,还需要模拟细胞存活的温度和湿度。更为重要的是,组成人体解剖结构的不同组织的每种细胞类型都需要其独特的机械环境,每个细胞组织都需要独特的结构支持来正常工作。
举个例子,骨骼是一种脆性材料,心脏的肌肉是弹性的,肝脏是软性的和可压缩的,这就决定打印这三种“零件”的材料和环境都不是一样的,技术也不一样。
最新研究表明,从海藻中提取的新材料可以用于不同环境的 3D 打印人类干细胞,这些新发现为以后打印复杂的人体或动物组织结构铺平了道路。
目前的医疗状况下,需要替换器官的患者必须等待器官捐赠,然后在侥幸获得的余生中要不断使用免疫药物,且不能保证是否会产生副作用。
就拿澳大利亚来说,每年有 1,500 人生活在等候捐献器官序列的焦灼之下,3D 打印器官将为这些需要置换器官的人提供一个新的解决方案。
不过一个随之而来的问题是,器官打印将会是一个非常复杂的过程,短则几周,长则数月。
当然,作为一种惠及大众的新技术,3D 器官打印的成本在短期内将会居高不下,数百万美元的造价并非一般人可以承受。
那么 3D 生物打印的另外一个用途则某种程度上会体现出“平等”来,那就是测试新药。 使用现有的方法,将一种新药成功推向市场估计需要 25 亿美元,整个过程则需要十多年。
即使新药的疗效得到了实验数据的印证,监管部门的批准概率也很低。在 2016 年,不到 10% 的新药被批准投放市场,在中国,7 月 31 日才上市的葛兰素史克宫颈癌疫苗已经问世十几年了。
一直以来,用动物测试药效总会得到不甚准确的结果,在人类身体上表现差的药品在动物身上却有好的效果。这是因为用来测试的啮齿动物和其它实验动物在关键方面与人类存在不同的生理学。
3D 打印允许我们打印复杂的 3D 模型,完全可以复制适用于测试和识别新药物效果的肝脏、肾脏或心脏肌肉等。
虽然动物在研究中仍然是不可或缺的,但美国食品和药物管理局及其新任主管部门的监管机构已经开始考虑整合药物安全和功效评估的替代品,3D 生物打印制品就是最新的选择。
2013年,欧盟通过了一项禁止在其欧盟范围内使用动物来检测化妆品开发,以及在国外用动物进行试验的零售产品的法律。
这项规定客观加速了人类基于 3D 的皮肤模型的开发,这些 3D 打印皮肤制品可以用于测试新的化妆品配方。之所以该法律变得合情合理,是因为技术已经达标,而且能够减少研究动物的数量。
总之,3D 生物打印技术的运用将会彻底改善现在人类面临的伦理道德危机,而且随着技术的进步, 更多人将会因此而受益。