备用器官工坊
作者：李耀洋/编译 阅读人数170
皮肤、肝脏、眼角膜、骨骼、肌肉乃至心脏——一片一片组织再生，进而重构人体。凡此种种，都归功于3D打印和生物工程的奇迹。目前，意大利比萨一个高精尖研究中心的科学家正规划着我们共同的未来。
打印器官
人工智能之于大脑，正如生物打印技术之于机体。前者重塑我们的智力，后者则创造器官和组织。单纯从字面意义讲，我们可以3D“打印”身体各部件：小至单个细胞，大到具有生物相容性的塑料器官。这一切正在全球多个实验室里成为现实，比如意大利比萨大学的“恩里克·比亚乔”研究中心。乔万尼·沃齐领导的人体组织工程小组既为药品试验构建器官模型，又为器官组织发展所需的生理环境设计生物反应器。
“人体组织是复杂的三维结构，从毫米级到纳米级有不同的呈现。”沃齐说，“如果我们不断放大骨头成像，就会看到不同的构造：先是矿化基质，然后是由细胞和胶原蛋白等组成的有机结构。”
生物打印的目的是尽可能地在各个层级忠实地重构复杂的人体组织。“其过程基于3D数字模型，逐层打印，类似于计算机断层成像或核磁共振成像。打印机的针头含有‘生物墨水’，也就是能支撑人体组织的水凝胶、生长因子、细胞及其他生物分子材料。”沃齐解释道。将组织切片放入营养液中使其增殖，便生成了“生物墨水”中的细胞。
因此，人造肝脏可被视作肝细胞和其他细胞的重叠，以及在其中形成的血管。人造肝脏具有一定的代谢作用，可以为其他人体组织提供有用的生物分子，同时还要保证代谢过程中产生的废料能让肾脏等器官轻松排出。
在有些情况下，移植前的人造器官中并不会有充盈的细胞，也没有生出血管。这些都是器官本身要做的。于是，沃齐团队先模仿原器官构建3D结构，然后植入细胞，最后将这个“假”器官放入接近人体实际情况的生物反应器中进行“训练”。
诸多用途
没有血管的软骨是最易实现生物打印的其中一个部分。“使用凝胶材料，移植后的人造软骨也能轻易长出细胞。”沃齐说，“针对癌症、骨折、牙齿及颌骨问题，3D打印技术可以使用高分子聚合物为主的无机成分，实现骨移植。”
生物打印技术的另一个突破是人造皮肤。它既能拯救严重烧伤的患者，又能帮助完成药物和化妆品的试验。对于严重烧伤的患者，表皮细胞可以在3D打印的结构上生长，继而形成大片皮肤，以移植至烧伤处。其次，打印的皮层可以充当药物和化妆品试验的体外模型，以帮助评估这些产品的风险和益处。“同样的方法也为皮包、皮鞋乃至食用肉的制作提供了新思路。我们只需从牛身上提取细胞样本，然后3D打印。不必杀生，即可获得肥瘦适宜的牛肉汉堡和优质的皮包。很快，美国公司Modern Meadow就会将这项技术商业化。”沃齐充满期待地说。
人工视网膜和角膜的研究给盲人带来了希望。视网膜的研究有些迟滞，因为单是构建传导神经冲动的细胞就非常不容易。不过，对于圆锥角膜等眼疾，人工视网膜的发展却有很大进步，未来可能实现微创手术移植。
美国西北大学的血管导管、哈佛医学院的心脏瓣膜、美国企Organovo的肝脏模型、休斯顿莱斯大学乔治·布朗工程学院的呼吸系统、德国BellaSeno公司的乳房植入物——这一切，都在成为现实。沃齐团队从几方面攻关：“克拉帕科”项目负责研究从苹果皮、橘子皮、鸡毛等废料中提取凝胶“油墨”，以添加到细胞中，研发更高精度的人体组织3D打印机；“乔托”项目与都灵理工大学的布罗瓦洛尼合作，针对骨质疏松研发植入物；“生物膜”项目，在人工视网膜模型上测试治疗黄斑病的药物的释放速度。他们的下一个目标是打印整个器官，比如肝脏、心脏和肾脏。“不出几年，一定可以实现。”沃齐说。最近，以色列科学家就利用人体细胞造出了一个小型心脏，虽然对人类来说，心跳还是过于微弱，但它成功地维持了小鼠的生命。
最后是头发。头发倒算不上性命攸关的器官，但打败秃顶是人类的夙愿。不久前，美国哥伦比亚大学欧文医学中心的研究人员使用3D打印，构建了一个拥有人类毛囊，进而生出坚韧毛发的基质。这是世界上第一缕产自实验室的人类头发。
未来数年，我们将可以获得由实验室提供的具有个体针对性的药物。使用患者细胞构建的特殊模型能够确保测试的精准度，从而保证治疗效果。还有一个潜在的好处——因为有了体外器官模型作为替代，动物试验将得以避免。
生物打印技术也可以增强体质，例如移植更坚硬的骨骼、更强壮的肌肉和有助增大肺活量的呼吸道器官。类似“尽善尽美”的文化将愈加风行。可以确定的是，一个新的人类物种已经诞生，那就是：人造人。这个物种通过重塑内部结构、增强智力来改造自我。然而，我们将来会到达何种层面，依然是个未知数。
原文作者：卢卡·席奥尔蒂诺
[编译自意大利《全景》]
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