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器官也能列印?移植手术新曙光
上传时间:2020-06-26点击:414次
器官也能列印?移植手术新曙光

台湾每年器官捐赠者仅约两百人,仍有超过八千人在等候适合自己的器官出现,供需严重失衡。 有了 3D 列印,内脏、皮肤都可以一键搞定,想换哪里就印哪里吗?

只要七小时,医生就可以「列印」出肾脏。不用洗肾、不必排队等捐赠,器官移植就靠 3D 列印,一键搞定?

2011 年,美国威克林大学(Wake Forest)再生医学研究中心主任阿塔拉(Anthony Atala)一场 TED 演讲,开启 3D 列印的新想像。

聚光灯下的阿塔拉,从助理手中接过刚完成 3D 列印的「肾脏」,获得观众如雷掌声。

肾脏,是 57 岁的阿塔拉一直放不下的坚持。

90 年代,还在哈佛医学院念书的阿塔拉就相信,人工器官可以解决器官移植供不应求的问题。

但直到今天,美国仍有超过 12 万人在等待器官捐赠。其中八成,等的都是肾脏,一等至少是四年半。

为了减少器官捐赠的供需落差,阿塔拉相信,未来 3D 生物列印产业会像电脑业一样成熟分工。

从处理细胞、製作架构、组织,都有专门企业负责。医生只要把电脑断层结果、组织样本寄过去,一週后就会收到印好的器官,随时可以帮病患移植。

阿塔拉的梦想还没完全实现,但已可以看见雏形。阿塔拉的 3D 列印技术,製造出的耳朵、皮肤、骨头、肌肉,已成功移植到动物身上。

内脏随你印  得先过三关

肾脏依旧是阿塔拉未能实现的梦想。3D 印表机喷头来回堆叠七个小时后,他在演讲中呈现的,仍只是看似健康,却没有血肉的粉红色肾脏「架构」。

阿塔拉坦言,3D 列印器官移植,手术本身不难,「唯一要克服的技术障碍,就是确保人工组织正常运作。」

3D 列印器官要正常运作,得先通过三大考验。

首先,要利用患者的细胞做成「生物墨水」,填入印表机喷头。肝脏、肾脏等特定细胞,数量够不够、品质好不好、能不能撑过喷射堆叠过程的摧残,这是第一关。

同时,印表机还得用「水凝胶」(hydrogel)等材质,做出器官的支架,让细胞附着在周围生长。支架能不能顺利「消失」,把空间让给细胞生长,也是一大关卡。

最后,即便外观栩栩如生、材质不会对人体造成负担,内脏构造複杂精细,一旦血管和功能无法正常运作,还是难起作用。

而没有血管,就没有养分。今年,哈佛大学教授路易斯(Jennifer Lewis)终于用多重喷头突破盲点,成功印出含有血管的活体组织。

但这只是第一步。

「人类体内有数百种不同的细胞,很多都无法在商用或临床领域找到来源,得靠干细胞生物学或干细胞银行才能突破,」路易斯对《金融时报》说。

英国曼彻斯特大学材料系教授德比(Brian Derby)认为,完整器官移植困难重重,法规限制也是一大挑战,但器官修补已经开始绽放商机。

「就像心脏病发后,会留下许多需要修补的疤痕组织,」德比说。

躺在手术台上的女孩,今年 22 岁。一种罕见疾病,让她的头盖骨异常增生,从正常的 1.5 公分暴增到 5 公分。厚重的头骨让她头痛欲裂,视力严重衰退,随时面对死亡威胁。

历经长达 23 小时的手术,重新换上头盖骨的她,终于恢复视力,也重获新生。救命恩人不只是荷兰医生佛维(Bon Verweij)的巧手,还有一台 3D 印表机。

客製化器官  身体复元得更好

有了 3D 列印,医生不必再用骨水泥等材质,手工打造适合病人的头盖骨。一台印表机就可以客製化,做出专属病人尺寸的头盖骨。

佛维手握着这片 3D 列印的半圆形塑胶头盖骨说,「不仅美观,病人的大脑复原状况也比较理想。」
近年来,3D 列印已经从大人的玩具,悄悄变身为手术室里的医疗器材。

美国透明市调公司(Transparency Market Research)研究估计,3D 列印的医疗应用市场,2012 年规模只有 3.5 亿美元,但 2019 年上看 9.7 亿美元,成长将近三倍。

3D 列印速度快,成本较低。3D 列印器官移植,病患不用担心手术后免疫系统排斥反应,也可以缩短等待时间。

过去,器官移植总是漫长的等待。医生向外部厂商订做新器官后,不只价格昂贵,还得等上两、三个月。成品常是固定尺寸,医生也要先裁切,才能进行移植。

「现在只要电脑断层扫描扫过病人身体,就可以用 3D 列印製造,精準複製适合的尺寸,」英国软体公司 Within Technologies 事业企划专员福克斯对《金融时报》说。

从头盖骨、下颚,到颈椎人工骨等,都可以交给客製化列印生产。钛金属、陶瓷、医疗级塑料,在 3D 印表机的喷射堆叠下,一个月内即可交货。

对医生而言,3D 列印也成了手术前的模拟训练素材。

日本医材公司 Fasotec 预计推出的「生物质地湿模型」(Biotexture Wet Model),看準的就是医师手术前的训练需求。

凝胶状的合成树脂,搭配 3D 列印出人体器官的形状和触感,让医师实际模拟手术刀移动时的感受。
东京慈惠大学教授森川利昭坦言,现行的训练方式过于简化,没有精準反映人体细节。

「怎幺把这项优秀的技术转化应用在生物学,是很紧急又重要的课题,」森川对《法新社》说。

迷你器官  掀起跨国商战

3D 印表机堆出了显微镜下的立体世界。「迷你器官」打中了企业研发、药物与临床测试的需求,也点燃了生物列印的跨国商战。

两年前,美国第一家上市的 3D 生物列印公司「器官创新」(Organovo)宣布,列印出来的肝脏组织可以存活五天。

这个 4 毫米宽、0.5 毫米高的「迷你」活体肝脏组织,照样能把荷尔蒙、营养、药物成分靠着血液运送全身,功能不输正常肝脏。

去年,器官创新以这款活体肝脏组织,改良后作为推出的第一款产品。一组 24 份,只要 30 分钟就能列印完成,每组定价 2 千美元(约 6 万台币)起跳。

3D 列印的肝脏组织,对药物反应和一般肝脏无异,吸引药厂默克合作进行研究。但肝脏只是第一步,器官创新还要推出一系列内脏组织,瞄準各大实验室的药物测试需求。

除了肝脏之外,皮肤也成了全球商战的焦点之一。

五月,全球最大美妆集团巴黎莱雅宣布与器官创新携手合作,要用 3D 列印的皮肤组织进行测试。
几天后,全球最大家用品製造商宝硷(P&G)也宣布和新加坡政府合作,用补助竞赛广徵 3D 生物列印的应用想像。

在人工皮肤的战局里,加拿大 3D 列印公司 MaRS Innovation 也看準测试商机,要专攻大面积烧烫伤用药疗效。

「对临床前试验来说,生物列印的发展非常活跃。假设你有 20 种药,有了这个新的试验方法,在动物试验前就可以删到剩 5 种药,」技术与创业发展经理谢芬妮对《金融时报》说。

被誉为「生物列印之父」的美国教授波兰德(Thomas Boland)估计,全球至少有 80 个研究团队,正绞尽脑汁地要印出具有部份功能的迷你皮肤、血管、肝脏、肺脏和心脏。

波兰德与波斯沃兹共同创办的 TeVido BioDevices,专攻 3D 列印乳头组织,要帮乳癌术后的妇女重建乳房,今年初在群众募资平台上,成功募到超过 3 万美元。

3D 列印複製人体器官的路仍漫长,但百花齐放的迷你器官列印术,不仅是企业测试产品的新工具,也开启了人类健康长寿的不同想像。

小辞典:迷你器官

虽然列印完整器官仍有难度,但许多研究团队正在研发具有正常器官功能的细胞列印。只要具备功能,就可以用来做药物测试,未来具有取代动物测试的潜在商机,许多企业也开始布局、扩大投资。

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