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(gè)話題。
我本來想做一個(gè)套路的報(bào)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(xiàng)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(gè)很完美的報(bào)告了，但是打臉來得永遠(yuǎn)都是那么快。
當(dāng)我和我的小伙伴們交流科普?qǐng)?bào)告應(yīng)不應(yīng)該這樣講時(shí)，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(shí)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(gè)人都希望自己變得更帥或者更美一點(diǎn)，我老婆首先沒有想把她自己換個(gè)臉，而是希望把我的臉換成很多男明星的臉，其中一個(gè)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(zhǎng)了一個(gè)假腦子，如果能換一個(gè)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(shí)對(duì)于我們男士永遠(yuǎn)清不空的一定是老婆的購物車，如果我們多有幾個(gè)腎該有多好。
這些看似是一些無稽之談，但仔細(xì)看會(huì)發(fā)現(xiàn)這三個(gè)需求其實(shí)反映了年輕人對(duì)美好生活的向往和追求，這三點(diǎn)恰恰反映了他們對(duì)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(chǎng)可能并不是給病人用，而是實(shí)現(xiàn)我們年輕人的夢(mèng)想。
器官打印這個(gè)詞聽起來其實(shí)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?yàn)檫@個(gè)詞很容易理解，一看就知道是用打印機(jī)打印器官，很容易腦補(bǔ)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(shí)現(xiàn)這個(gè)場(chǎng)景。
比如吳宇森導(dǎo)演的《變臉》，這個(gè)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(gè)電影誕生于 1997 年，當(dāng)時(shí)還完全沒有器官打印技術(shù)。
我們?cè)倏匆徊坎贿@么暴露年齡的電影，《復(fù)仇者聯(lián)盟》第二部里有一個(gè)非常牛叉的英雄幻視，他當(dāng)時(shí)打飛了大 boss，其實(shí)幻視是完全由生物 3D 打印制造出來的超級(jí)英雄。
電影中的 3D 打印非常炫酷，現(xiàn)實(shí)中的器官打印是什么樣的？
我想通過一個(gè)故事來跟大家分享一下，是我第一次做器官打印報(bào)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(dāng)時(shí)其實(shí)也不知道器官打印研究什么，就興沖沖地跑到了實(shí)驗(yàn)室找老師要了一個(gè) 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(gè)打印的肝組織，當(dāng)時(shí)看到這幅圖心里想的是，這是什么鬼??？這個(gè)東西是一個(gè)半生不熟的肝嗎？
圖 | 一個(gè)打印的肝組織（來源：清華大學(xué)生物制造中心）
為什么這個(gè)結(jié)構(gòu)看似很奇怪的東西能稱為一個(gè)肝組織呢？后來我通過學(xué)習(xí)得知其實(shí)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(xì)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(dá)，而這個(gè)結(jié)果誕生于十多年前，其實(shí)在當(dāng)時(shí)是一個(gè)非常高水平的結(jié)果了。
細(xì)胞打印誕生于本世紀(jì)初，由幾位科學(xué)家通過不同的器官打印原理實(shí)現(xiàn)了這個(gè)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(shí)是非常野的，用家用噴墨打印機(jī)直接打印細(xì)胞或者用注射器擠壓細(xì)胞或者用激光燒細(xì)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(gè)三維的細(xì)胞結(jié)構(gòu)并可以培養(yǎng)出功能。
這些看似暴力和簡(jiǎn)單的打印過程其實(shí)里面充滿了很多的科學(xué)難點(diǎn)和工程難點(diǎn)，其中就包括怎樣把通常叫生物墨水的含細(xì)胞的材料打印出來，打印之后會(huì)不會(huì)形成一個(gè)三維的結(jié)構(gòu)，形成了這個(gè)結(jié)構(gòu)之后細(xì)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(gè)有功能的組織，而有功能的組織又不能稱為是器官。
其實(shí)構(gòu)建出有功能的器官非常困難，要想構(gòu)建出一個(gè)非常好的器官必須解決以下五大難點(diǎn)：有很好的材料來支持這個(gè)器官的生長(zhǎng)，有很好的細(xì)胞來滿足打印，還要有很好的構(gòu)建工具而且是要自動(dòng)化的我們總不能用手來盤出一個(gè)心臟或者盤出一個(gè)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(gè)器官。
經(jīng)過大約 10 年的沉寂期后，細(xì)胞打印終于迎來了它的現(xiàn)代成長(zhǎng)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(jiǎn)簡(jiǎn)單單地關(guān)注打印后的細(xì)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(gè)時(shí)期我們的合作伙伴協(xié)和醫(yī)院毛一雷主任打印了一個(gè)功能性更強(qiáng)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(gè)小鼠之后壽命延長(zhǎng)到了 60 天，整整延長(zhǎng)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(shí)藥物研發(fā)的過程非常漫長(zhǎng)，要經(jīng)過藥物發(fā)現(xiàn)、臨床前的實(shí)驗(yàn)、臨床后的實(shí)驗(yàn)，然后才能獲得 FDA 的認(rèn)證。據(jù)統(tǒng)計(jì)這個(gè)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(zhǎng)其實(shí)有一個(gè)很大的原因就是臨床前的模型不是很準(zhǔn)確，現(xiàn)在用的臨床前的模型是二維的模型和動(dòng)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(dá)是不一樣的；動(dòng)物的模型用的是動(dòng)物的細(xì)胞，免疫系統(tǒng)也是不一樣的自然就不準(zhǔn)確的。
那有沒有一個(gè)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(gè)三維的模型來幫助進(jìn)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(gè)太空藥檢的項(xiàng)目，當(dāng)時(shí) NASA 有一種宇航員防輻射的藥，他們想知道這個(gè)藥經(jīng)過肝代謝之后新的成分會(huì)不會(huì)在失重的情況下對(duì)宇航員的第二器官造成損傷，然后我們就打印了一個(gè)多器官的模型來實(shí)現(xiàn)藥物檢測(cè)。
圖 | 宇航員防輻射藥毒性檢測(cè)芯片（來源：清華大學(xué)孫偉教授）
我認(rèn)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(gè)性化的醫(yī)療。大家平時(shí)吃藥的時(shí)候每個(gè)成年人的藥劑都一樣，只是對(duì)兒童減半，其實(shí)這非常不合理，你想象一下一個(gè) 200 斤的人和一個(gè) 90 斤的人怎么應(yīng)該吃同樣的劑量呢？
對(duì)于普通的病可以多試幾種治療方案，但對(duì)于一個(gè)腫瘤患者，他沒有時(shí)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(xì)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(shí)驗(yàn)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(cuò)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(gè)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(cè)試，最重要的是對(duì)每個(gè)人的結(jié)果都是不一樣的，個(gè)性化的精準(zhǔn)的治療。
器官打印到底離我們有多遠(yuǎn)？
2009 年美國國家科學(xué)基金會(huì)做了一個(gè)預(yù)測(cè)，當(dāng)時(shí)的預(yù)測(cè)是 2 到 3 年實(shí)現(xiàn)細(xì)胞和支架的打印，5 年左右時(shí)間實(shí)現(xiàn)病藥理模型的打印，這些都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，10 年時(shí)間實(shí)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(shí)現(xiàn)呢？
就在上周 Science 封面文章重磅發(fā)表了一個(gè)關(guān)于 3D 打印工程化血管網(wǎng)絡(luò)的文章，其中有一個(gè)非常重要的應(yīng)用就是封面上應(yīng)用，打印了一個(gè)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(qiáng)，令人非常震撼。
同樣在上一個(gè)月，以色列的科學(xué)家直接在全球首次 3D 打印出了一個(gè)完整的心臟，可以看出這個(gè)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(dòng)。
令專業(yè)學(xué)者更為興奮的是它的細(xì)胞和材料的來源，下圖紅色區(qū)域的材料和細(xì)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(xì)胞和材料，把細(xì)胞變成心臟的細(xì)胞，直接打印出他的心臟。這其實(shí)很大地解決了器官的細(xì)胞和材料的來源問題，是一個(gè)非常充滿想象的研究工作。
這兩個(gè)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(shí)剛才大家看到的肺里是沒有細(xì)胞的，心臟跳動(dòng)的也只是它一個(gè)片層的組織，整個(gè)心臟還是沒辦法跳動(dòng)。
器官打印的這五大難點(diǎn)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(cè)我們還需要 5 年實(shí)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(huì)把我們這個(gè)成果再翻十倍，實(shí)現(xiàn)器官打印呢？
器官打印實(shí)際是一個(gè)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(jī)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(shí)在用另一種形式在做對(duì)這個(gè)行業(yè)的貢獻(xiàn)，我們?cè)陂_發(fā)性價(jià)比很高同時(shí)它又很智能化很易用的一個(gè) 3D 打印機(jī)我們希望它能在未來用在每一個(gè)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)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?yàn)槲覀內(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(jiān)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?yàn)槲覀儾皇窃跒閯e人的夢(mèng)想在奮斗，而是在為我們自己的夢(mèng)想在奮斗，大家還記得我之前提到的夢(mèng)想是什么嗎？我們年輕人的夢(mèng)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
