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我们什么时候可以 3D 打印器官，谁买得起
来源: | 作者:克里斯汀·罗杰斯 | 发布时间: 2022-08-27 | 876 次浏览 | 分享到:

如果医生可以使用患者的细胞打印一个肾脏，而不必找到匹配的供体并希望患者的身体不会排斥移植的肾脏，那会怎样？

哈佛大学威斯生物启发工程研究所教授詹妮弗·刘易斯说，由于 3D 器官生物打印，最快可能在十年内发生。根据2019 年的一项研究，器官生物打印是使用 3D 打印技术以逐层方式组装多种细胞类型、生长因子和生物材料，以生产出理想地模仿其自然对应物的生物人工器官。
这种类型的再生医学正处于发展阶段，这种创新背后的驱动力是“真正的人类需求”，刘易斯说。
    根据卫生资源与服务管理局的数据，截至 6 月 10 日，在美国，全国器官移植等候名单上共有 106,075 名男性、女性和儿童。然而，活体捐赠者平均每年仅提供约 6,000 个器官，每年约有 8,000 名已故捐赠者，每人平均提供 3.5 个器官。
      医院称英国男子世界首创3D打印眼睛
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      造成这种差异的原因是“经历了灾难性健康事件但他们的器官质量不足以捐赠的人的组合，或者他们一开始不在器官捐赠者名单上，事实上它实际上非常很难找到一个好的匹配”，所以病人的身体不会排斥移植的器官，刘易斯说。
      维克森林再生医学研究所所长安东尼阿塔拉博士说，尽管活体捐赠者是一种选择，但“对不需要的人进行手术”是一个很大的风险。“因此，活体相关的捐赠者通常不是首选的方式，因为这样你就会从其他可能需要它的人手中夺走器官，尤其是现在随着年龄的增长。”
      2006 年， Atala 和他的同事负责在实验室中手工培育人类膀胱，并首次将复杂的内脏器官植入人体——挽救了三个植入膀胱的儿童的生命。
        维克森林再生医学研究所的膀胱支架被植入细胞。
        维克森林再生医学研究所的膀胱支架被植入细胞。
        根据卫生资源和服务管理局的数据，每天有 17 人在等待器官移植时死亡。该机构表示，每 9 分钟就有一个人被添加到候补名单中。2021 年移植名单上超过 90% 的人需要肾脏。
        “全世界约有一百万人需要肾脏。所以他们患有终末期肾功能衰竭，他们必须进行透析，”刘易斯说。“一旦你进行透析，你基本上可以活五年，而且每年，你的死亡率都会增加 15%。透析对你的身体来说非常困难。所以这真的很有动力去迎接打印器官这一巨大挑战。 "
        United Therapeutics 首席执行官兼董事长 Martine Rothblatt在与 CNN 合作举办的健康与保健活动Life Itself会议上说：“抗高血压药并不稀缺。需要它们的每个人都可以得到它们。” United Therapeutics 是会议的赞助商之一。
        “没有任何实际理由说明任何需要肾脏——或肺、心脏、肝脏——的人不应该得到一个，”她补充说。“我们正在使用技术来解决这个问题。”

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        为了开始对器官进行生物打印，医生通常从患者自己的细胞开始。他们对器官进行小针活检或进行微创外科手术，切除一小块组织，“不到邮票大小的一半，”阿塔拉说。“通过取出这一小块组织，我们能够将细胞分开（并且）我们在体外生长和扩展细胞。”
        这种生长发生在无菌培养箱或生物反应器内，这是一种加压不锈钢容器，可帮助细胞保持营养——称为“培养基”——医生每 24 小时喂一次，因为细胞有自己的新陈代谢，刘易斯说。Atala 说，每种细胞类型都有不同的介质，培养箱或生物反应器就像一个类似烤箱的设备，模仿人体的内部温度和氧合。
        “然后我们将它与这种凝胶混合，就像胶水一样，”阿塔拉说。“你体内的每个器官都有细胞和将它们结合在一起的胶水。基本上，这也被称为‘细胞外基质’。"
        活体器官捐赠可以挽救生命。 这就是你成为捐赠者的方式
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        这种胶水是 Atala 对 bioink 的昵称，一种可打印的活细胞混合物，称为水凝胶的富水分子，以及帮助细胞继续增殖和分化的介质和生长因子，Lewis 说。水凝胶模仿人体的细胞外基质，其中含有蛋白质、胶原蛋白和透明质酸等物质。
        胶水的非细胞样本部分可以在实验室中制造，并且“将具有与您尝试替换的组织相同的特性，”Atala 说。
        刘易斯说，使用的生物材料通常必须是无毒的、可生物降解的和生物相容的，以避免产生负面的免疫反应。胶原蛋白和明胶是用于生物打印组织或器官的两种最常见的生物材料。


        印刷工艺

        从那里，医生将每种生物墨水（取决于他们想要打印的细胞类型）装入打印室，“使用打印头和喷嘴挤出墨水并逐层构建材料，”刘易斯说. Atala 说，通过使用患者的 X 射线或扫描成像数据对打印机进行编程，可以创建具有个性化属性的组织。
        “使用彩色打印机，你有几个不同的墨盒，每个墨盒打印不同的颜色，然后你想出你的（最终）颜色，”Atala 补充道。生物打印也是一样；您只是使用细胞而不是传统墨水。
        刘易斯说，打印过程需要多长时间取决于几个因素，包括被打印的器官或组织、分辨率的精细度和所需的打印头数量。但它通常会持续几个小时到几个小时。Atala 说，从活检到植入的时间大约是四到六周。
        维克森林再生医学研究所的 3D 打印机将不同类型的细胞播种到肾脏支架上。
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        最终的挑战是“让器官真正发挥应有的功能”，因此实现这一目标“是圣杯，”刘易斯说。
        “就像你要从捐赠者那里获取器官一样，你必须立即将该器官放入生物反应器并开始灌注它，否则细胞就会死亡，”她补充道。灌注器官是通过血管或其他通道循环来为其提供液体，通常是血液或血液替代品。
        刘易斯说，根据器官的复杂性，有时需要在生物反应器中进一步成熟组织或进一步驱动连接。“只有一些管道问题和挑战必须完成，才能使打印的器官在体内真正发挥人体器官的功能（意思是在体内）。老实说，这还没有完全解决。”
        一旦将生物打印的器官植入患者体内，它就会随着时间的推移自然而然地退化——这没关系，因为它就是这样设计的。
        “你可能想知道，'那么，组织会发生什么？它会分崩离析吗？' 实际上，没有，”阿塔拉说。“这些胶水溶解了，细胞感觉到桥梁正在让位；它们感觉到自己不再有稳固的立足点。所以细胞会在你自己的身体里做它们所做的事情，那就是创造自己的桥梁并创造他们自己的胶水。”

        剩余的挑战

        Atala 和 Lewis 对将功能齐全的生物打印器官植入人体之前的剩余年数进行了保守估计。
        “这个领域发展迅速，但我的意思是，我认为我们谈论的是十年以上，即使已经取得了巨大的进步，”刘易斯说。
        “很多年前我就学会了永远不要预测，因为你总是错的，”阿塔拉说。“就制造和（美国食品和药物管理局的规定）而言，有很多因素。归根结底，我们的兴趣当然是确保这些技术对患者来说是安全的。”

        每当生物打印器官成为一种可用的选择时，患者及其护理人员的负担能力就不应该成为问题。

        Atala 说，它们“肯定是可以访问的”。“与器官衰竭相关的成本非常高。仅让一名患者进行透析，每年就超过一百万美元，仅让一名患者进行透析。因此，制造一个你可以做的器官要便宜得多植入病人体内。”

          根据美国肾脏病学会发表的研究，2020 年肾移植的平均成本为 442,500 美元——而3D 打印机的零售价约为几千美元到 100,000 美元以上，具体取决于其复杂程度。刘易斯说，尽管有低成本打印机可用，但生物打印的昂贵部分可能包括为患者维护细胞库、培养细胞和安全处理生物材料。
          刘易斯说，目前器官移植的一些主要成本是“从捐赠者那里获取器官、运输成本，当然还有接受者进行的手术，然后是所有的护理和监测。” “即使是生物打印的，其中一些成本仍然存在。”