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生物打印的進化:過去,現(xiàn)在與未來

1984年對于科學而言標志性的一年。蘋果和戴爾等技術(shù)巨頭推出了新計算機。Steen Malte Willadsen的成功核移植克隆綿羊。查爾斯·赫爾（Charles Hull）開發(fā)了第一種用于逐層印刷樹脂的立體光刻方法。那也就是3D生物打印誕生的一年。

生物打印的早期突破

在90年代，3D打印開始包括基于水凝膠的材料的打印。 1996年，Gabor Forgacs博士開始在三維結(jié)構(gòu)的空間支架上進行細胞生長實驗。到了千年之交，安東尼·阿塔拉（Anthony Atala）教授和他的團隊成功地培育出了世界上第一個人造膀胱，并將其移植到了孩子體內(nèi)。這種合成器官是在膠原蛋白結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的，并植入了患者自己的膀胱組織細胞。病人仍然活著并且健康。

在2003年ThomasBoland修改了辦公室噴墨打印機，使其可以打印生物材料。幾年后的2009年，同一位使用空間支架來培養(yǎng)細胞的Forgacs博士創(chuàng)建了3D生物打印機，該3D生物打印機無需使用結(jié)構(gòu)即可打印活細胞。?Organovo的生物打印機打亂了整個行業(yè)，因為無需事先使用細胞支架即可直接打印血管等新型組織。這在組織工程領(lǐng)域帶來了更多的生物打印突破，并重新利用了更多的活體材料，例如皮膚，軟骨，肝和血管組織以及心臟瓣膜。

新的生物印刷機促進創(chuàng)新

在2015年，CELLINK憑借其突破性的通用生物墨水來撼動整個行業(yè)，這是市場上第一個商業(yè)化的墨水。此外，CELLINK將自己的顛覆性產(chǎn)品與首款價格合理，高質(zhì)量的設(shè)計生物打印機INKREDIBLE相匹配。緊隨其后的是，基于氣動的生物擠壓生物印刷機還利用其他3D打印技術(shù)，例如光印刷，立體平版印刷（SLA），激光印刷和全息印刷，為更多種類的生物印刷開辟了道路。

生物打印方面的最新突破繼續(xù)擴大了生物打印應(yīng)用的范圍。英國成功地培養(yǎng)出用人類細胞打印的眼角膜。以色列也用人類細胞長出了由冠狀血管和小室（例如心房和心室）組成的小規(guī)模人類心臟。波蘭是世界上第一個帶有血管的仿生胰腺的發(fā)源地。雖然生物打印的組織不是完整的胰腺，但它包含的某些功能完全由胰島組成，胰島是器官自身內(nèi)產(chǎn)生胰島素和胰高血糖素的小結(jié)構(gòu)。這是糖尿病患者治療的一大進步，因為患者無法產(chǎn)生自己的胰島素，只能依靠注射治療。目前這種3D打印的胰島正在豬上做測試。

芯片和太空生物打印

還有一種叫做芯片器官（OOC）的東西。它看起來聽起來很奇怪。該技術(shù)由一個帶有微孔的小板組成，這些微孔通過微凹槽或通道連接。更科學的描述是3D微流細胞培養(yǎng)。微流體學是一個在很小的范圍內(nèi)研究流體行為和操縱的領(lǐng)域，通常從微升（10-6）到微微升（10-12）。平臺上的每個小井都包含組織細胞。非常細小的器官碎片，例如心臟，肝，肺，腎的一部分。連接它們的培養(yǎng)基通道充滿了凝膠并攜帶細胞。該集合旨在模仿可以在其上測試藥物的器官系統(tǒng)或基本生命系統(tǒng)。

如今，科學家們還進入了更為未知的領(lǐng)域，即在國際空間站上的移動微型實驗室中在太空中打印器官。為什么要在這么遠的地方？空間的失重為人體細胞的三維生長提供了獨特的培養(yǎng)條件。在地球上，結(jié)構(gòu)正在逐層打印。在微重力下，無論是在地球上還是在太空中進行測試，細胞都顯示出以不受限制的方式在空間上生長以形成復雜結(jié)構(gòu)的能力。人類干細胞正在生長，以分化為身體和軟骨組織，以及其他器官組織。在一個為期一個月的國際空間站項目中，科學家們還希望完成類器官的印刷，即較小，較不復雜的器官的試管版本。

生物打印的故事不是線性的。 1984年是該領(lǐng)域發(fā)展的開始，并且在每個問題上將繼續(xù)在幾個分支中展開分歧，每個分支都有其有希望的創(chuàng)新應(yīng)用。這是最后的邊界嗎？讓我們打印未來吧。