未來的3D打印器官將面臨什么障礙

對于患有慢性病或病情危重的患者，等待器官移植匹配的時間可能對生命生死攸關。根據美國衛(wèi)生資源和服務管理局（Health Resources and Services Administration：https://www.organdonor.gov/statistics-stories/statistics.html）的數據，2019年7月，超過11.3萬名美國男性、女性和兒童被列入國家移植等待名單。不幸的是，器官短缺只會隨著捐贈者名單的停滯而繼續(xù)增長。

未來的3D打印器官和骨骼技術可能會減少我們對人體移植的需求。但3D打印人體器官移植需求在健康產業(yè)中是一個相對較新的概念，而事實是，要完全依賴這些資源還需要很長時間。

他們最大的障礙是什么呢？3D打印器官和骨骼使用與個體生物相容的生物材料。這意味著外科醫(yī)生正在打印過程中利用人體細胞，以構建一個成功的植入器官。

IEEE高級會員Robert Saracco表示：“由于3D打印或添加劑制造已經在航空電子和印刷電子等其他領域得到應用，因此在精度方面沒有特別的問題，而且他們已經在交付一種精度超過器官打印需要的產品了?！?/p>

然而，這項技術已經在研究中，一些3D打印的器官和骨骼已經被衛(wèi)生專業(yè)人士使用。

詳細信息，另見：Tissue Engineering & Regenerative Medicine：https://www.embs.org/about-biomedical-engineering/our-areas-of-research/tissue-engineering-regenerative-medicine/

3D打印是如何工作的？

器官和骨骼的三維打印從許多病人的檢查和程序開始，例如放射線照片和核磁共振成像（MRI）/TAC，以幫助外科醫(yī)生創(chuàng)建植入物的數字模型。Saracco說：“這個數字模型是用合適的生物相容性材料組合印刷出來的。”

Saracco指出：“這一工藝與添加劑制造中用于生產發(fā)動機或其他零件的工藝非常相似。所用的一些材料可能不同，例如活細胞的使用。這顯然在材料通過打印機噴嘴噴射的方式和用于將沉積材料粘貼到位的膠水類型上形成了一些差異?！?/p>

3D打印器官和骨骼已經被使用

Saracco說：“第一個3D打印的器官實際上是二維器官，更確切地說是皮膚。這讓我們能夠制作出量身定制的植皮片，加快了手術速度，提高了效果。”

Saracco還解釋說，植入物也被用來代替骨和軟骨，如頜骨、氣管碎片、髖骨和牙齒。2018年，一名澳大利亞婦女獲得了第一塊用于癌癥后重建的3D頜骨，3D打印已經在牙科領域掀起了一場革命。

Saracco說：“3D打印的髖骨已經被植入了超過10萬個植入物，我們開始看到骨質疏松癥患者的部分骨替代?！?/p>

這些堅硬的器官和骨骼是為適應病人的需要而定制的，但它們并不能適應或改變病人的需要。

目前正在研究的3D打印器官和骨骼

與目前使用的硬3D打印器官和骨骼不同，器官、膀胱、心臟和肝臟等較軟的組織更難被工程師和衛(wèi)生專業(yè)人員復制。這些器官仍處于研究階段，因為3D打印軟器官是由病人的細胞構成的，需要具備隨著時間的推移復制和適應的能力。

Saracco說：“3D打印必須建立一個功能性的支架，在合適的位置吸收合適的細胞組合，并確保血管形成。這些情況下的問題要復雜得多，我認為在下一個十年結束前不太可能有可行的解決辦法?！?/p>

但一些器官的3D支架技術不久將應用于外科手術。Saracco解釋說，在動物身上已經有過幾次成功的試驗，并且研究人員計劃轉向人體試驗。

詳細信息，另見：3D Printing and the Future of Prosthetics：https://transmitter.ieee.org/3d-printing-future-prosthetics/

3D打印器官的好處

3D打印的器官大小適合病人，器官是從病人的細胞培養(yǎng)出來的，因此免疫系統(tǒng)排斥移植的可能性較小。理論上，3D打印器官也有無限的可用性，而且可以在短時間內制造出來。這意味著將不再需要移植等待名單。此外，生物相容性問題將不再是血液類型或器官較稀的患者的問題，通常需要較長時間才能找到匹配。

在我們完全放棄移植名單之前，3D打印器官和骨骼在研究和成功率方面還有很長的路要走。但隨著技術的不斷進步，這可能并不像我們想象的那么遙遠。