3D打印是20世纪以来最受关注的技术之一，无疑是先进科技的代言人。
近年来，随着3D打印技术的发展，这一先进技术也逐渐渗透到医学领域。
例如，诞生于4月的世界首个3D打印“完全心脏”，拥有细胞、血管、心室、心房樱桃般大小的心脏。
还有过去在3D打印器官上得到的各种划时代的研究：
解决机体器官短缺，降低受体排斥反应对器官移植具有重要意义。
那么，3D打印器官从代替供体的器官到救人治病还有多远呢？
3D打印技术是什么？
“3D打印”是对“增材制造”这一材料成形技术的俗称。
3D打印与传统的材料成型技术不同，它在加工过程中不会降低材料质量，而是由“由下而上”的材料堆积而成，像盖房子一样一层一层地堆积起来。
整个过程基于数字模型文件，通过计算机控制实现，可以构造出现有技术中难以制造的复杂结构。
世界上第一台商用3D打印机问世已经30多年了，随着技术的进步，3D打印也与我们的生活紧密相连。
早期的3D打印只能将塑料作为“墨水”进行打印。
目前，“墨水”可以是塑料、金属、陶瓷甚至细胞，通过注入“盒”进行操作。
3D打印技术根据工艺特点，主要有三种。
一种是利用激光、等离子束等高能量束，将金属、陶瓷、塑料粉末一点一点、逐层熔化、烧结，最后成型。
这类技术主要用于工业加工领域，例如国产大飞机C919的一些大型钛合金零件就是用这类技术印刷的。
第二种是通过加热将塑料等材料溶解在流动熔融体中，在压力的作用下将可流动配置的浆液从一个针尖挤出，在空间中凝固成形。
目前常见的桌面3D打印机大多采用了这样的技术。 细胞和器官的印刷也经常使用这种技术。
三是基于光固化原理，利用紫外线激光作用下光固化树脂液体固化的现象进行打印。 由于激光聚焦精度高，这类工艺往往成型精度较好。
3D打印怎么打印器官？
女娲捏土造人，如何让莲花重生是我们祖先天马行空的想象，生物细胞的3D打印是真正的考验。
生物材料和再生医学领域的科学家们继续尝试利用3D打印制造可以移植到人体的组织和器官。
这也是3D打印最受关注的重要新兴领域之一，近年来捷报频传。
2023年，科学家们将3D打印的组织植入生物体内，证明这些由打印机产生的组织能够像正常组织一样生存和生长。
组织-器官打印系统”( integrated tissue-organprintingsystem，ITOP )打印的下颌骨(左)和耳廓(右)。
那么，这些“组织”和“器官”是如何用3D打印制作出来的呢？
首先，需要制定数字模型的蓝图。 细胞像普通的桌面打印机膏一样从针里挤出，逐步建立起来，形成规定的形状。
但是，如果细胞和细胞之间没有粘接的话，打印出来就会崩塌，所以水凝胶这个物质被用作支架来组装细胞。
在打印过程中，水凝胶可以维持组织和器官的形状，包裹细胞，粘附，有序堆积。 水凝胶可生物降解，无生物毒性。
天然组织由于血液等多种液体在组织中流动，具有大量的管道结构。 如果印刷的组织和器官没有管路空洞，细胞就不能生存。
因此，在水凝胶支架中保留部分空腔，有助于早期的粮食和代谢。
细胞存活并形成相对稳定的结构后，水凝胶支架被分解，进而形成血管等管路发育生长的“空腔”。
“生物3D打印机”的工作原理。 墨盒允许填充细胞和水凝胶。 组织内部的空洞可用于血管发育。 图片来源： Hyun-Wook Kang，Sang Jin Lee，In Kap Ko，Carlos Kengla，James J Yoo，Anthony atala.a3 dbioprintingsystemtoproducehuman-an
由此，典型的”生物3D打印机”的”盒”中填充有由细胞和水凝胶构成的生物”墨水”，在打印中，生物”墨水”以与组织对应的形式逐层层叠。
3D打印器官和人体器官的区别是什么？
目前，由于实验室3D打印制备的组织和器官在尺寸、结构、细胞类型、细胞存活时间等多方面与人体器官存在差异或存在局限性，大多数3D打印组织和器官还不能作为移植器官移植到体内。
3D打印获得的脏器已能维持一定外形，具有简单的脏器功能。
但人体器官往往由多种不同的细胞组成，各种细胞或细胞聚集在一起起着不同的作用，器官中大量的血管、神经、各种管道等结构与细胞一起实现体内复杂的功能。
目前3D打印组织或器官多为单一细胞类型，不具有复杂的管网结构，通常无法实现人体器官的复杂功能，只能称为“类组织”或“类器官”。
3D打印器官作为医学研究的工具，在药物筛选、肿瘤模型等方面得到应用。
对再生医学来说，3D打印使用受体细胞，组织和器官无免疫排异性，且组织和器官大小和功能等可高度定制。
3D打印可植入器官在不久的将来有广阔的前景，非常受期待。
编辑：朱婷责任编辑：顾军
来源：科普中国，网易
