从肾开始，3D打印技术开始定制骨骼和退化器官

作者：Heidi Ledford

日益成熟的3D打印技术制备融合了生物及电子部件的耳朵。

三维（3D）打印在取代、甚至提升人工器官或者说是人类机械方面表现出极大的优越性。

打印器件，比如位于马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland）和新泽西州普林斯顿大学（Princeton University in New Jersey）开发的原型外耳，将成为4月15-17日在纽约举行的3D打印内部会议的重点讨论项目之一。该耳朵由一系列材料打印而成：形成耳状支架的水凝胶、会生长成软骨的细胞、以及形成天线的银纳米颗粒（详情参见论文M.S. Mannoor et al. Nano Lett. 13, 2634-2639; 2013）。该器件仅仅是日益多样化的3D打印技术的一个实例。

自称该行业最大规模的纽约会议将展示很多小部件和新奇玩意儿。同时也将对打印人体部件这个新兴市场进行严肃的讨论。

目前的业务主要集中于可根据个人情况调节的钛置换髋关节、改造受损头骨和指头的定制高分子骨骼。去年打印人体部件带来了5.37亿美元的收入，相比于前年上涨30%，科罗拉多州Fort Collins一家专门从事3D打印商业咨询公司Wohlers Associates总裁Terry Wohlers这样说到。

科学家们期待使用活细胞作为“墨水”层层组装成基本组织的革命性技术，马萨诸塞州剑桥市哈佛大学生物工程师Jennifer Lewis说到。加利福尼亚州圣地亚哥生物打印公司Organovo已经售出了旨在测试肝细胞毒性实验药物的组织。公司下一步将提供打印组织补丁用于修复人类受损肝脏，Organovo公司首席执行官Keith Murphy说。

Lewis毫不犹豫的说3D打印将可制得可供移植的肾脏。“我希望这是真的。”她表示，“但这是一个非常复杂的体系。”

本周在纽约举行的3D打印内部会议，来自学术界和工业界的研究人员探讨使用3D技术打印人体器官。虽然医生已经将3D打印金属和塑料植入代替骨骼，但研究人员期待利用细胞作为“墨水”打印器官。这里显示的结构都是由北卡罗来纳州Winston-Salem维克森林大学浸信会医疗中心（Wake Forest Baptist Medical Center）通过3D打印而成的，包括一个退化的肾脏（左上）。

由硬质金属和聚合物打印的结构已经投入到人工髋关节、指骨或面部重建市场。这个头骨（灰色）由位于康涅狄格州South Windsor市Oxford Performance Materials公司制得，2013年获得美国监管机构批准。它由促进骨骼生长的聚合物组成，辅助植入体与周围骨架的整合。该公司同时还销售用于面部重建和更换手脚小骨头的植入体。

3D打印还可以用于生产廉价创意假体。一只假手将花费数千美元，将其用于成长中的孩童，这将难以承担。Jon Schull利用数百拥有3D打印机志愿者的努力成立了一家免费提供假肢的公司e-NABLE。“当人们厌倦了《星球大战》中的小雕像，可以给我们打电话。”他说到。打印假肢的材料成本大约为35美元。

假肢不仅仅适用于人类。一只名为Buttercup的鸭子出生时左脚向后，位于田纳西州Arlington市的Feathered Angels Waterfowl Sanctuary为其打印了一只新的具有完整弯曲踝关节的脚。受益于3D打印的动物还包括：一只鹰、一只乌龟以及少数的狗——都是打印假肢的。

使用3D打印技术作为外科植入的关键优势在于与病人匹配的植入体。气道夹板（显示于模型气管的右分支）由位于Ann Arbon密歇根大学（the University of Michigan）研究人员为一个气道受损婴儿设计的。夹板由一种随着气道愈合可逐渐被人体吸收的材料组成。鉴于采用假肢打印和原型设计技术的美国汽车工业的发展，在密歇根成立了3D打印技术的研究团队。

生物打印的梦想是打印可用于移植的器官。北卡罗来纳州Winston-Salem维克森林大学浸信会医疗中心（Wake Forest Baptist Medical Center）的研究人员正在开发3D打印肝脏。该项目目前处于早期阶段，肾脏功能远不能达到。很多人怀疑研究人员是否能打印出如此复杂的器官。他们说，一个更可行的短期目标是打印可嫁接到现有肾脏上的肾组织片。

打印功能器官最大的挑战之一在于创造将血液和营养物质带到组织细胞的血管。去年，马萨诸塞州剑桥市哈佛大学（Harvard University in Cambridge, Massachusetts）材料科学家Jennifer Lewis领导的研究团队发现了一个解决方案：一种由随温度降低熔化成液体的材料组成的“难以捉住的墨水”。一旦血管被打印，研究人员便将温度降低，融化时将其吸干。结果就是，可作为血管的空心通道。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮