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3D列印從細胞飛上太空

3D生物列印》顯微列印+材料創新
文 / 高嘉鎂    
2014-06-30
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3D列印從細胞飛上太空
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一連串的3D 列印「自造者」行動,終於延燒到「生物列印」。自從普林斯頓大學2013年發表了「3D 列印義耳」後,劍橋大學也印出了由視網膜細胞組成的眼球;一名外科醫生安東尼阿塔拉(Anthony Atala), 在2011 年TED 年度大會上,當場捧出一顆剛「列印」好的腎臟,告訴觀眾:「3D 列印是再生醫學新趨勢」。從頭蓋骨一路印到耳朵、眼睛,3D 列印每次都讓人驚呼:「下一次,還要印些什麼?!」

3D 列印走向醫學應用,解決了用細胞培養方式無法控制器官生長的形狀與結構,也為等待器官捐贈的病患帶來一線生機。不過如果只印出腎、肝臟,沒有其中的血管組織,器官便無法存活,然而人體最細血管只有不到1/1000mm,如何「印」出血管,便成為科學家近來在生物列印爭先研究的熱門目標。

挑戰1/1000mm的列印極限

美國哈佛大學材料科學家Jennifer Lewis 用顯微列印技術,融合特殊生物材料,成功印出人類血管。

血管列印最大問題,在於血管過細,列印時養分無法輸送維持存活,Jennifer Lewis掌握各種材質特性,克服列印壓力、溫度破壞細胞的問題。血管列印之所以成功,祕密就在原料。原料除了有活體細胞,還加了一種特殊生物材質,這種材質和一般不同,能在溫度冷卻同時逐漸融化,將活細胞和形成血管組織的基質釋放出來,冷卻成型後,這些細胞就會待在原來的組織位置,而剩下融化的生物材料再被科學家吸出來。

Jennifer Lewis 還研發用內皮細胞讓血管組織有序排列,透過3D 列印技術組織網路結構,同時保持血管深處的細胞存活。未來將應用在腫瘤變化、傷口癒合的研究。

10年後挑戰印心臟

其實除了哈佛,美國波士頓布萊根婦女醫院也成功印出血管,另外日本也用3D列印印出人體動脈,預計4年後用在人體治療;而美國路易斯維爾大學也印製心臟瓣膜及周邊血管,希望在5年內組成完整的心血管系統。

生物印表機製造商Organovo更印出有臟器、血管、能解毒的肝臟,因為血管成功生長,肝臟存活天數更達5天。美國心血管創新研究所緊接著表態,目前已印出心臟血管、肌肉、瓣膜,要在3-5年後拼出一顆完整心臟,10年後還要挑戰列印心臟。

3D列印上太空

其實3D列印的想像不侷限人體,這股自造者風潮也蔓延到太空。史丹福大學研究人員Lynn Rothschild、Diana Gentry更投入合成生物材質研究,Lynn Rothschild說,在地球上,細胞製造出了數不清的產品,從羊毛、綢緞、橡膠到纖維素,更不用說肉類、植物和我們食用的所有東西。因為這些東西都是由細胞製造出來的,如果有天人類真的登上火星,想要絲綢或木頭,不需要把牛、羊、蠶寶寶或樹帶到火星上,只需透過細胞排列的3D列印技術製造這些產品,「人類在其他星球建立新國度」的想像,或許便能實現。

是什麼動力讓這群科學家不斷「印」下去?科學家們不是傲慢地炫耀才華,他們只是好奇、只是有個想像,如果有一天,人類不再因病痛感到痛苦、誕生出更完美的人類,或能真正用自己的力量創造不朽,這會是什麼樣的世界?

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