生物列印引領未來再生醫學

3D列印除了列印模型、房子和各種小物件外，其列印出來的鼻子、軟骨等活體器官更受關注。最近，中國科學家發明出將黃金作為生物列印墨水的新技術，極大提升了列印心肌組織的功能。

據這項新技術的主要研究者、復旦大學中山醫院的朱鎧介紹，所謂「黃金」並不是日常所見的黃金，而是將導電的金屬金納米顆粒摻入本身導電性較差的傳統生物墨水中。這樣一來，新材料能有效提高墨水的生物導電性，使得包埋於其中的心肌細胞之間的電信號傳導更快，也更穩定，從而實現整片心肌組織自發且同步搏動。

早在2003年，科學家便將噴墨印表機墨盒裡的墨汁換成裝有細胞的水凝膠，首次實現了活細胞圖案的列印。這些帶有細胞的墨水被形象地稱為「生物墨水」。通過調節列印圖案和坐標定位，便可以列印出帶有活細胞的特定三維結構。隨後10多年間，生物列印技術取得了長足發展，從列印方式到列印材料，都有了巨大改進。

傳統再生醫學中，要實現對複雜組織和器官三維結構的複製非常難，而生物列印幾乎可以完全複製生物組織的微觀與宏觀結構，達到功能的再生。通過合理調節生物列印的參數，例如列印形式、生物墨水、細胞選擇，科學家能製備不同的人造組織和器官，包括肝臟、血管甚至心臟。

由於心臟有特殊的傳導系統，該系統發生衝動並傳導至心臟各部位，進而再通過心肌細胞之間的電信號傳導，實現心房肌和心室肌的節律性收縮，從而實現全身的血液循環。因此，如何增加心肌細胞之間的電信號傳導，一直是使用包括生物列印技術在內的人工心肌組織製備的難題。

由於生物列印能製備任意形狀的人造組織和器官，通過對人體組織損傷部位的有效成像及建模，損傷部位特定的形貌可以被重建，並能與傷口處實現無縫對接，顯著提高了再生和修復效果。特別是在修復創傷皮膚領域，生物列印已有應用實例。據報道，將紅外成像技術和生物列印噴頭結合，在掃描過程中進行傷口深度的測量和實時列印，可以達到對皮膚創傷的均一修復。

目前，生物列印進入臨床使用尚有一些關鍵問題亟待解決。例如，列印中所產生的各種溫度變化、剪切力等因素，均會導致細胞存活率降低，如何改進列印設備使其更加精細化，降低列印過程中的各種不良刺激，提高列印組織的存活率和使用率，是仍需攻克的問題。生物墨水中的各種添加材料，如金納米顆粒，也需要進一步進行表面修飾，才能在提高生物相容性的同時不影響細胞活性。

10年前，生物列印對人們而言可能還是一個神話，如今已經發展成一項平常的治療手段。相信在不久的將來，生物列印必將實現對於人體組織和器官在結構、功能和形貌上更好的模擬，將再生醫學推上一個新高峰。(張宇)

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