“3D生物打印的創新、個性化、定制化三大特點，使得它在體外生物結構模型制造上具有獨特優勢，這一優勢也是生物醫學應用極其需要的。”清華大學機械工程系生物制造工程研究所主任孫偉日前對記者表示，3D生物打印這種時髦的技術是工程、材料、信息、生命及醫學等幾大學科的大交叉，能夠提供個性化的醫療和理想化的服務，為疾病治療提供新的思路和途徑。
孫偉告訴記者，根據打印材料、生物學性能和應用情況，3D生物打印技術可分為四個層次，而離人體越近，應用難度則越大。
第一層次是材料本身沒有生物相容性，可制造個性化體外器官模型，用于手術規劃、假肢設計等。比如做S型的脊柱側彎手術，可以利用3D打印機打印一個模型，幫助醫生進行術前分析等。由于此類3D打印制品不放于體內，因此也不要求國家審批。
第二層次離人體更近一步，材料的生物相容性非常好，但不降解，可制造一些醫療輔助工具，如人工假肢、植入器件，用于整形修復、關節置換等。
第三層次則需要有更高的技術含量。材料具有優良的生物相容性、生物活性，可以降解并被人體吸收，還可幫助細胞、神經等組織生長，用來制作植入人體內的組織支架、骨骼和器官等。
最接近人體的第四層次則是細胞打印，即直接通過活性細胞、蛋白或其他細胞的基質為材料來打印出仿生的細胞三維結構體，在接近人體內的三維環境里生長，用于病理研究、藥物篩選、組織或器官胚體人工構建等。
孫偉課題組就運用自主開發的細胞三維打印技術，在世界上首次構建出Hela細胞（一種子宮頸癌細胞）的體外三維腫瘤模型。
在西安交通大學機械工程學院教授李滌塵看來，從第一層次到第四層次，技術重點正逐漸從對外形結構的研究轉向對細胞自身行為的研究。他認為，要讓打印的細胞能夠存活并建立起自己的營養系統，至少得要一二十年時間才能實現。
應用研究逐步成熟
杭州電子科技大學生物制造研究所教授徐銘恩表示，做3D生物打印的原因有兩點：一是生物醫學領域的市場規模巨大；二是3D生物打印在醫學領域應用前景巨大。
“該技術成功后，有望解決全球面臨的移植組織或器官不足的難題。”徐銘恩稱，中國器官移植的患者和供體的數量比是150：1，當3D打印與醫學影像建模等技術結合之后，能夠在人工假體、植入體、人工組織器官的制造方面產生巨大的推動效應。
孫偉告訴記者，清華大學研究人員研發的低溫成型三維支架打印技術，利用低溫成型的方式，可在零下三十幾攝氏度狀態下把不同的生物材料組合到一起，制成多孔大段人工骨的細胞載體框架。
“該工藝可能是目前唯一一個能夠制造具有分級孔系結構的3D打印技術，在骨工程支架和再生植入等方面應用前景良好。”孫偉說。
與此同時，國內一些研究團隊也已嘗試將3D生物打印應用于臨床治療當中。北京大學第三醫院骨科專家劉忠軍團隊在征得病人同意后，已有近40位患者植入了3D打印出的骨骼。
“也許有一天，我們可以用3D打印的技術做人造感受器官，比如眼睛、鼻子。3D生物打印技術也可以幫助腦機接口的科學家研究清楚細胞和芯片之間是怎么傳輸信號的，可以用大腦直接操控機器。”徐銘恩說。
前路漫漫
雖然國外研究機構在3D生物打印前沿領域所取得的突破意義重大，但要達到產業化和醫療應用，為時尚早。
目前很多從事3D生物打印研究的單位往往以研究課題為主，缺少產業下游單位對接。
西北工業大學凝固技術國家重點實驗室主任黃衛東表示，國內從事3D打印技術研發的團隊或企業，基本上都是在金屬材料或非生物非金屬材料的領域，將研究重點聚焦在3D生物打印領域上的還比較少。
“由于3D生物打印技術目前剛剛起步，各個技術組成還處于各自獨立發展及研究階段，尚未形成完整的技術鏈和產業鏈。”孫偉說，“3D生物打印第一到第三層次技術上相對成熟，但面臨產業化的難題，第四層次則需要占領技術的制高點。”
而生產成本高、打印材料的欠缺、移植后機體免疫排斥等一系列技術問題，也使得3D生物打印在從定制化產品走向大規模臨床應用方面，還存在著很多障礙。
另外，北京大學口腔醫院主任醫師唐志輝表示，由于醫療用品要經過漫長的臨床應用階段和嚴格的審批制度，這也在一定程度上制約了3D生物打印應用的推廣。
不少業內人士呼吁，3D生物打印前景廣闊，政府應出臺相應的扶持政策，同時監管部門也應更新監管思路，積極應對新技術帶來的生產模式的變革。
“雖然目前面臨的困難很多，但是我們非常樂觀，相信現在這個"小蛋糕"會變成"大蛋糕"。”徐銘恩說。
