發(fā)布日期：2019-06-12
大家好，我是來自上普的趙雨，今天跟大家聊一聊器官打印這個話題。
我本來想做一個套路的報告，先講一下全球面臨的器官短缺的問題，然后隆重地推出這項革命性的技術(shù)，最后再向大家展示廣闊的應(yīng)用前景和未來，我想這應(yīng)該就是一個很完美的報告了，但是打臉來得永遠都是那么快。
當我和我的小伙伴們交流科普報告應(yīng)不應(yīng)該這樣講時，他們竟然說不聽不聽王八念經(jīng)，誰不知道器官打印就是直接打印出器官，我不想知道器官到底是怎么打印出來的，我就想知道我什么時候能用上器官打印來滿足我的三大需求。
我是萬萬沒想到他們的三大需求是這樣的：
第一大需求是換臉。
愛美之心人皆有之，每個人都希望自己變得更帥或者更美一點，我老婆首先沒有想把她自己換個臉，而是希望把我的臉換成很多男明星的臉，其中一個就是吳彥祖，大家可以看到雖然我和他近似度已經(jīng)到了百分之九十九，但是我的家庭地位決定了我還要為了這百分之一繼續(xù)科研努力。
第二大需求是換腦子。
現(xiàn)在的生活壓力越來越大，節(jié)奏越來越快，很多小伙伴一直在吐槽自己的腦子不夠用，是不是長了一個假腦子，如果能換一個腦子就更好了。
第三大需求就是人盡皆知的賣腎。
大千世界無奇不有，我們想買的東西特別多，其實對于我們男士永遠清不空的一定是老婆的購物車，如果我們多有幾個腎該有多好。
這些看似是一些無稽之談，但仔細看會發(fā)現(xiàn)這三個需求其實反映了年輕人對美好生活的向往和追求，這三點恰恰反映了他們對美貌、智慧、金錢的追求，我才發(fā)現(xiàn)器官打印未來最大的市場可能并不是給病人用，而是實現(xiàn)我們年輕人的夢想。
器官打印這個詞聽起來其實非常硬核，為什么就被這些小伙伴們給玩壞了呢？我覺得最大的原因就是因為這個詞很容易理解，一看就知道是用打印機打印器官，很容易腦補出畫面，即使大家的腦洞不足也可以通過科幻電影可視化地實現(xiàn)這個場景。
比如吳宇森導(dǎo)演的《變臉》，這個電影其中就有耳朵打印的畫面，可以看到是一層一層打印出來的，和今天真正的器官打印已經(jīng)非常接近的了，更可怕的是這個電影誕生于 1997 年，當時還完全沒有器官打印技術(shù)。
我們再看一部不這么暴露年齡的電影，《復(fù)仇者聯(lián)盟》第二部里有一個非常牛叉的英雄幻視，他當時打飛了大 boss，其實幻視是完全由生物 3D 打印制造出來的超級英雄。
電影中的 3D 打印非常炫酷，現(xiàn)實中的器官打印是什么樣的？
我想通過一個故事來跟大家分享一下，是我第一次做器官打印報告的故事。
大概 10 年前我剛剛推博，老師讓我給同學(xué)們分享我未來要從事的器官打印研究，我當時其實也不知道器官打印研究什么，就興沖沖地跑到了實驗室找老師要了一個 PPT，讓我印象特別深的是一張圖片，它的注釋竟然寫著這是一個打印的肝組織，當時看到這幅圖心里想的是，這是什么鬼??？這個東西是一個半生不熟的肝嗎？
圖 | 一個打印的肝組織（來源：清華大學(xué)生物制造中心）
為什么這個結(jié)構(gòu)看似很奇怪的東西能稱為一個肝組織呢？后來我通過學(xué)習(xí)得知其實它跟人體的組織有很多近似性，它有跟人體組織很接近的細胞外基質(zhì)、血管，有跟人體肝臟接近的肝功能的分泌和表達，而這個結(jié)果誕生于十多年前，其實在當時是一個非常高水平的結(jié)果了。
細胞打印誕生于本世紀初，由幾位科學(xué)家通過不同的器官打印原理實現(xiàn)了這個開創(chuàng)性的研究，但是從我們今天的角度來看這些科學(xué)家們的做法其實是非常野的，用家用噴墨打印機直接打印細胞或者用注射器擠壓細胞或者用激光燒細胞，看起來都是非常暴力的手段，但是他們最終成功了，將這些東西堆積出了一個三維的細胞結(jié)構(gòu)并可以培養(yǎng)出功能。
這些看似暴力和簡單的打印過程其實里面充滿了很多的科學(xué)難點和工程難點，其中就包括怎樣把通常叫生物墨水的含細胞的材料打印出來，打印之后會不會形成一個三維的結(jié)構(gòu)，形成了這個結(jié)構(gòu)之后細胞是否還能在里面存活，存活之后是否能把它培養(yǎng)成一個有功能的組織，而有功能的組織又不能稱為是器官。
其實構(gòu)建出有功能的器官非常困難，要想構(gòu)建出一個非常好的器官必須解決以下五大難點：有很好的材料來支持這個器官的生長，有很好的細胞來滿足打印，還要有很好的構(gòu)建工具而且是要自動化的我們總不能用手來盤出一個心臟或者盤出一個腎臟吧，然后要給它豐富的血管網(wǎng)絡(luò)保證后期合適的培養(yǎng)環(huán)境能培養(yǎng)出這個器官。
經(jīng)過大約 10 年的沉寂期后，細胞打印終于迎來了它的現(xiàn)代成長期，非?？膳碌氖墙?5 年發(fā)表了過去大概 90% 的學(xué)術(shù)文章成果，近 2 年發(fā)表了過去 50% 的學(xué)術(shù)文章成果，科學(xué)家們不再簡簡單單地關(guān)注打印后的細胞是不是活的，更關(guān)注打印之后的結(jié)構(gòu)有沒有功能。
在這個時期我們的合作伙伴協(xié)和醫(yī)院毛一雷主任打印了一個功能性更強的肝組織，一般肝衰小鼠的壽命只有 28 天，而他把打印的結(jié)構(gòu)植入到這個小鼠之后壽命延長到了 60 天，整整延長了一倍多。
打印有功能的組織不僅僅可以用在人體的再生修復(fù)，還可以用于更有意義的研究?！段也皇撬幧瘛防餅槭裁闯杀局挥袔资母窳袑幰u到幾萬元？真的是藥廠黑心嗎？其實藥物研發(fā)的過程非常漫長，要經(jīng)過藥物發(fā)現(xiàn)、臨床前的實驗、臨床后的實驗，然后才能獲得 FDA 的認證。據(jù)統(tǒng)計這個過程大概需要 10 到 15 年，成本是 25 億美金。
之所以成本這么高周期這么長其實有一個很大的原因就是臨床前的模型不是很準確，現(xiàn)在用的臨床前的模型是二維的模型和動物的模型，二維的模型跟人體的三維結(jié)構(gòu)不一樣，它的功能表達是不一樣的；動物的模型用的是動物的細胞，免疫系統(tǒng)也是不一樣的自然就不準確的。
那有沒有一個更好的模型呢？我相信大家都已經(jīng)猜到了，就是用生物 3D 打印的方法打印一個三維的模型來幫助進行臨床前的藥檢和研發(fā)。
我們公司的首席科學(xué)家孫偉教授曾在美國幫助 NASA 做過一個太空藥檢的項目，當時 NASA 有一種宇航員防輻射的藥，他們想知道這個藥經(jīng)過肝代謝之后新的成分會不會在失重的情況下對宇航員的第二器官造成損傷，然后我們就打印了一個多器官的模型來實現(xiàn)藥物檢測。
圖 | 宇航員防輻射藥毒性檢測芯片（來源：清華大學(xué)孫偉教授）
我認為普通的藥檢并不能發(fā)揮 3D 打印巨大的作用，它未來的巨大的作用肯定是用在個性化的醫(yī)療。大家平時吃藥的時候每個成年人的藥劑都一樣，只是對兒童減半，其實這非常不合理，你想象一下一個 200 斤的人和一個 90 斤的人怎么應(yīng)該吃同樣的劑量呢？
對于普通的病可以多試幾種治療方案，但對于一個腫瘤患者，他沒有時間等待做各種治療，利用生物 3D 打印技術(shù)就可以直接用病人的腫瘤細胞在體外構(gòu)建出很多模型，來幫助發(fā)現(xiàn)哪一種藥物更有效。
我們實驗室已經(jīng)做了很多相關(guān)的臨床上的科學(xué)研究，并且有不錯的效果，希望能早日用在病人的身上，未來我們不僅僅可以做腫瘤藥物的藥檢，人體每一個微器官都可以構(gòu)建出來做不同的藥檢，包括一些過敏的測試，最重要的是對每個人的結(jié)果都是不一樣的，個性化的精準的治療。
器官打印到底離我們有多遠？
2009 年美國國家科學(xué)基金會做了一個預(yù)測，當時的預(yù)測是 2 到 3 年實現(xiàn)細胞和支架的打印，5 年左右時間實現(xiàn)病藥理模型的打印，這些都已經(jīng)實現(xiàn)了，10 年時間實現(xiàn)功能組織打印，今年也是恰好它公布的第 10 年，已經(jīng)是 2019 年了到底有沒有實現(xiàn)呢？
就在上周 Science 封面文章重磅發(fā)表了一個關(guān)于 3D 打印工程化血管網(wǎng)絡(luò)的文章，其中有一個非常重要的應(yīng)用就是封面上應(yīng)用，打印了一個類似于肺的結(jié)構(gòu)，有類似于呼吸的器官功能，畫面沖擊力非常強，令人非常震撼。
同樣在上一個月，以色列的科學(xué)家直接在全球首次 3D 打印出了一個完整的心臟，可以看出這個心臟結(jié)構(gòu)跟人體的心臟結(jié)構(gòu)非常相似，而且它打印的薄層組織還可以有像類似于心臟一樣的跳動。
令專業(yè)學(xué)者更為興奮的是它的細胞和材料的來源，下圖紅色區(qū)域的材料和細胞都是來源于人體類似于腹膜的組織，意味著未來的心臟病人可以從自己不重要的器官比如腹膜中，直接把他腹膜提取出來分別分離出細胞和材料，把細胞變成心臟的細胞，直接打印出他的心臟。這其實很大地解決了器官的細胞和材料的來源問題，是一個非常充滿想象的研究工作。
這兩個結(jié)果都非常令人興奮，但是它到底能不能稱為器官打印呢？為什么我們還要把它稱為功能組織的研究呢？其實剛才大家看到的肺里是沒有細胞的，心臟跳動的也只是它一個片層的組織，整個心臟還是沒辦法跳動。
器官打印的這五大難點還是沒有被完全解決，但是我們離它已經(jīng)越來越近了，根據(jù) 09 年這份預(yù)測我們還需要 5 年實現(xiàn)器官打印。過去的 5 年生物 3D 打印發(fā)表的成果是占過去 15 年的 90%，為什么我們不能相信未來 5 年還會把我們這個成果再翻十倍，實現(xiàn)器官打印呢？
器官打印實際是一個非常大的交叉學(xué)科，這幾年的快速發(fā)展離不開各種科學(xué)家的合作，最開始只有我們搞制造的機械的學(xué)家，后續(xù)不斷的有生物學(xué)家、材料學(xué)家、醫(yī)生、企業(yè)家的加入，所以這 5 年它迎來了蓬勃發(fā)展。
我們上普公司也是其實在用另一種形式在做對這個行業(yè)的貢獻，我們在開發(fā)性價比很高同時它又很智能化很易用的一個 3D 打印機我們希望它能在未來用在每一個生物學(xué)實驗室里，開展三維的生物學(xué)研究，它不僅僅可以做器官打印，因為我們?nèi)梭w就是三維的，它可以開展很多生理的、病理的、藥理的研究。
我堅信在我們年輕人這代一定可以等到在手術(shù)室里有器官 3D 打印的那天，因為我們不是在為別人的夢想在奮斗，而是在為我們自己的夢想在奮斗，大家還記得我之前提到的夢想是什么嗎？我們年輕人的夢想就是智慧、美貌、金錢并存，我是十年后要變成吳彥祖的趙雨，謝謝大家！
來源：DeepTech深科技
