研究人员利用3D生物打印威廉希尔官方网站 ，打造人体微型器官

疫情已经在全球肆虐了半年之久，全球的科学家也在加快抗病毒新药的研究。一些研究人员利用3D生物打印威廉希尔官方网站 ，打造人体微型器官，以此来研究新冠病毒的药物疗效。这种创新的背后有什么科学依据？这个项目有什么优势？多久可以实现推广？本文通过采访几家研究所的科研人员，为读者介绍这种3D生物打印威廉希尔官方网站 新应用。

在实验室里，科学家正在用3D打印威廉希尔官方网站 打造人体皮下组织和血管。在疫情期间，3D生物打印威廉希尔官方网站 可以用来研究抗新冠病毒药物的药效

用3D打印威廉希尔官方网站 打印微型器官

新冠疫情发展到现在，3D打印威廉希尔官方网站 有效缓解了个人防护设备短缺的问题。

但是3D威廉希尔官方网站 只能打印防护设备吗？Wake Forest再生医学研究所所长安东尼·阿塔拉（Anthony Atala）给出了否定的答复。现在，他和他的团队正在以一种十分创新的方式应用3D打印威廉希尔官方网站 ：打造微缩版的人体器官（有些器官和针头一样细小），用于检测新冠病毒的特效药。

目前，这个小组正在打造微缩版的人体肺部和结肠，根据现有的数据，这两种器官尤其受新冠病毒的影响。他们将打印好的器官通过快递送到弗吉尼亚州的乔治·梅森大学的生物安全实验室进行测试。

据悉，阿塔拉和团队最初是徒手搭建微缩器官的，随着疫情的加速，他们及其他生物实验室需要的器官越来越多，他们决定用3D打印威廉希尔官方网站 直接打印器官。

在过去的几年中，阿塔拉所在的研究所已经尝试过打印器官的细胞簇，用以研究寨卡病毒对人体的传染性及特效药。他在北卡罗来纳州的实验室接受记者采访时说：“我们那时候从未想到这个方法也可以用来研究新冠病毒。”

现在，他的团队有能力在一小时内印制上千个微型器官。

3D生物打印威廉希尔官方网站 ：科幻变现实

打印微型器官无疑是3D生物打印威廉希尔官方网站 的一种应用。尽管这种威廉希尔官方网站 目前还没有广泛应用，但已经有越来越多的病患从中受益。我们现在还不能直接打印出一个完整的活人，但研究人员已经可以用打印好的器官进行药物研究，或者根据需要打印出一块皮肤和标准尺寸的器官用于人体移植，这对肝脏衰竭者或烧伤者来说是一个福音。另外，对于可能伤害动物或人体的测试（如化妆品测试），现在也都用3D生物威廉希尔官方网站 代替活体实验了。

阿基列什·加哈瓦尔（Akhilesh Gaharwar）是得克萨斯农工大学生物医学系跨学科实验室的负责人，这个实验室致力于生物打印威廉希尔官方网站 和其他再生医学威廉希尔官方网站 。他对此评论道：“即使对我们（专业人员）来说，这种威廉希尔官方网站 也像是只有科幻中才存在。”

目前，生物打印威廉希尔官方网站 对药物实验至关重要，不仅可以用来检测新冠病毒的特效药，还能检测包括癌症在内的多种疾病的药物。阿塔拉认为，用打印出的器官做药物实验还有一个好处：这些器官不会产生新陈代谢，可以让研究人员排除干扰因素，让实验结果更加准确。

他用一款名叫Rezulin的抗糖尿病药举例子。这是一款曾经非常流行的药，但后来被发现对肝脏有损害，于是在2000年左右被召回。阿塔拉说，他所在的实验室用剩下的Rezulin药片和微型器官做实验，结果证实了这种药物的毒性，因为两周之内微型肝脏的毒性指数明显提升了。他认为微型肝脏为实验提供了一个“纯净”的环境，便于控制变量，不会像临床试验那样受到实验个体情况的影响。

阿塔拉认为，生物威廉希尔官方网站 实验将会是临床试验的一个重要补充，但不会完全替代临床试验。

如何打印器官和血管？

用生物打印威廉希尔官方网站 制作出来的皮肤和器官可以用来检测某种药物或产品对人体的伤害。在传统的药物或产品检测中，一些对动物（如小白鼠）无伤害的成分最后却对人体有害。加哈瓦尔说：“3D生物制品可以让我们免于动物测试，直接研究人体能否适应某些成分。”他认为无论是从效果还是道德的角度考虑，用3D威廉希尔官方网站 代替动物实验都是正确的选择。2013年，欧盟开始明文禁止化妆品公司用动物做实验。

这些微型器官的支架被研究人员称戏称为“手脚架”，是用可降解的材料做成的。这些支架内埋有直径为50微米（大约是人类头发的一半）的微型管道，为器官输送营养物质。在搭建好支架、安放好器官后，就可以在上面涂抹一层“生物墨水”——这是一种细胞和水凝胶合成的粘液，像蛋糕奶油一样刷在支架上。

微型器官还有一个重要的部分就是血管。

潘卡·卡兰德（Pankaj Karande）是伦斯勒理工学院化学与生物工程学院的助理教授，他从2014年开始研究如何打印皮肤，最近他的研究有了重大突破。他和他的团队使用一种特殊的纤维细胞和胶原蛋白做支架，这种细胞可以不断生长。他们以此为支架打印皮肤的表皮和真皮（皮肤的前两层）。卡兰德说：“看起来皮肤不介意被切成一块，皮肤细胞还是可以活下来。”

但是他们发现，没有血管做支持，打印出来的皮肤最终会脱落。于是卡兰德等人开始和耶鲁大学的两位研究人员合作，最终成功构建出了皮肤的第三层组织——皮下组织和血管。卡兰德说，第三层组织决定了移植后的皮肤是否可以存活。

Wake Forest研究所早期搭建的微型心脏

三个人着手开始进行试验，将合成血管的内皮细胞和包裹内皮细胞的周细胞整合到皮肤中。经过反复试验，他们终于在3D打印出的皮肤上成功打造了第三层皮下组织，将血管和皮肤融合在一起。

尽管这个项目目前还处于初级阶段（已经在小白鼠身上进行了测试），但这项威廉希尔官方网站 将会在未来给人类更换皮肤和血管提供可能。

“个性化”成3D生物威廉希尔官方网站 新挑战

卡兰德表示，这个项目是异常艰苦的，需要做很多实验，试错很多次。“我们先执行计划A，但它通常都是行不通的，然后我们开始在清单上找计划B，计划C，以此类推。我们最终的报告可能只有5页是写有效结果的，剩下5000页都是记录失败实验的。”

加哈瓦尔的实验室的重点在于如何打印可以移植的人体骨骼。他希望未来的移植骨骼流程如下：患者通过放射扫描，将需要移植的骨骼形状进行精准的呈现，然后再进行打印。他表示，这一点在颅面修复中至关重要，现有的颅面修复很难精准地重建缺失或受损的骨骼形状。

卡兰德和加哈瓦尔的观点一致。他认为3D生物打印威廉希尔官方网站 中“个性化”的成分很重要。在打印移植的皮肤时，需要考虑被移植者的肤色。而且，鉴于皮肤对调节体温至关重要，因此他还在研究如何在皮肤中增加汗腺和毛囊。卡兰德表示：“当我们重新构建一块皮肤时，我们希望它有人体皮肤的全部功能。我们通过获取患者自己的细胞，以此为基础进行打印，希望能最大程度上排除患者身体对移植皮肤的排斥。”

“最激动人心的项目”

毫不意外的是，研究人员现在也在做研究数据的收集。Wake Forest研究所的成员正在和Oracle公司进行合作，从人体器官中捕获大量数据并使用人工智能进行分析。这个项目被认称为“人体芯片”，基于收集到的数据，科学家可以用3D生物打印威廉希尔官方网站 打造微缩版的人体器官，进行药物功效的研究。

据悉，一个切片上可以容纳10到12个迷你器官。

Oracle公司的健康科学部门首席科学家丽贝卡·拉伯德（Rebecca Laborde）表示：“我们现在在和研究人员、制药公司和生物威廉希尔官方网站 公司进行合作，收集数据、开发新药，相信可以很快取得进展。”

她还补充说：“这么长时间以来，这是我遇到的最激动人心的项目。”