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取材自sculpteo.com的文章”3D bioprinting: What can we achieve today with a 3D bioprinter”，作者是Lucie Gaget

3D生物列印可以說是3D印表機能做的最酷的事，本文將介紹3D生物列印的工作原理，迄今做過那些實驗，及3D生物印表機能帶來什麼樣的遠景。

醫療業的3D列印

疊加製造(AM)正成為醫療業的重要資產，這種列印技術可以用在打樣及製造，甚至有醫療業專用的3D製模軟體。

和傳統製造方法相較，AM技術可以降低成本，並以更容易、更快速的方式製得客製化零件。隨著新的3D印表機及新的3D列印材料（例如生物相容材料）的發展，可以列印的醫療業物件也越來越多。3D列印可以應用在許多領域，當然也包括醫療保健業，它可以為外科醫師創造工具，也可以為病患創造客製化的植入物及義肢。

AM的確變得越來越有趣，特別是在創造依據病患需要或形態調整的裝置方面，但如果除了義肢之外，它很快就可以列印人體零件，這聽起來如何？

什麼是3D生物列印以及它是怎麼工作的？

簡言之，3D生物列印就是利用3D列印來創造活組織及器官的技術，但要遵循不同的步驟，才能得到想要的結構，因為它是疊加製造(AM)的一種，所以是由一層層材料堆疊而成。

首先要有適合的3D生物列印材料，例如是用在人體皮膚組織、器官或軟骨的材料；然後要有3D製模軟體，來設計要施以生物列印的零件；最後要有3D生物印表機來一層層自動列印3D模型。熟成(maturation)也是生物列印過程的一部分，因為細胞必須生長及增殖，無法立即使用。

生物列印是使用生物墨水(booing)，它是一種讓活細胞附著及增殖的材料，大都是水凝膠生物材料，可以對細胞提供支撐，並且製造自己的天然細胞外基質。

生物列印是一種重要且有用的技術

3D生物列印有許多應用，你可以很容易地看出它多樣的面貌，例如，它可以用於建立燒燙傷病患的人體組織，也可以建立人體器官以進行器官移植，在沒有足夠捐贈者的情況下，生物列印是一種絕佳且快速的救命方案。3D生物列印技術可以建立不同的組織結構，例如腎組織及皮膚組織等，在組織工程及再生醫藥等領域，它絕對能提供新的可能性。

另外，醫療研究人員也可以利用它來進行實驗室的試驗，例如直接在人體組織或器官進行試驗，因為這些生物列印物件具有相同的性質及反應，這樣一來，就不需要動物試驗。

許多3D生物印表機及生物材料已經被開發出來

顯而易見，生物列印無法使用傳統的印表機來建立活細胞及器官，3D生物列印是一項複雜的過程，需要特定的機器來列印特殊的生物材料，因此許多製造組織的列印技術被開發出來。

例如，Cellink這家公司正在開發生物墨水及新的生物印表機，該公司開發的生物墨水可以建立軟骨、皮膚、骨頭甚至肌肉，其推出的Bio X 3D印表機可以高準確度列印人體組織及器官。

其他革命性的3D生物印表機也被開發出來，但是它們和傳統的印表機看起來很不一樣，例如Biopen是一種可以畫出新細胞的移動式生物印表機，它是澳洲外科醫師開發出來的裝置，可以直接用筆修復受損的骨頭及軟骨。

如你所見，組織工程及再生醫藥因為有了這些3D生物列印法，而紮紮實實向前跨了一大步。

以上是研究人員針對生物列印開發出的兩種裝置，接下來看看醫療界利用生物列印所做的一些有趣的試驗。

3D生物列印到底印出了那些東西？

以下是一些最令人印象深刻的3D生物列印項目。

生物列印器官

我們早已經知道3D生物列印器官是可能的事，例如人工心臟、腎臟或肝結構，但現在即使更複雜的器官（如膀胱）也可以利用疊加製造技術創建。可以列印的移植用器官當然對外科醫生有很大的幫助，東京的研究人員已經用3D生物列印製得一些肝組織，並且用在藥物測試的開發上。

倫敦帝國學院機械工程系的研究人員利用生物列印創建了類腦組織，這個3D結構極為柔軟，並且和腦的質地類似。

生物列印過程使用低溫法，也就是先將水凝膠冷凍，後續從生物印表機壓出的時候再以固態二氧化碳冷卻，讓組織可以一層一層的列印，而得到相當準確的零件。

3D列印的身體零件

3D生物列印的耳朵現在已成為事實，許多試驗也利用這種疊加製造技術進行。在中國大陸，生物列印外科手術已經用在耳朵未發育的兒童身上，科學家用其畸形耳朵的軟骨來生物列印新的耳朵，這些試驗非常成功，因為耳朵不會排斥，它們現在仍然維持在健康的狀態，並且隨著時間變得越來越準確。

目前這種手術仍然非常複雜且昂貴，另外，目前只有耳朵適用，較大的身體器官尚無法列印。

最近印度也傳來生物列印耳朵試驗成功的好消息，它有著類似的過程，是SRM大學及SIMS醫院的科學家由幹細胞創建而得，這些細胞先在溶液中成長3週，然後用於列印耳朵。這個試驗是將耳朵移植到兔子身上，結果證實成功，耳朵沒有被排斥，雖然如此，在進行人體試驗之前，這個研究團隊還必須做一些其他的試驗。

照片來源：The Times of India

以生物列印治療癌症？

前文提到生物列印物件可用來測試新的藥物，3D生物列印確實對醫療業開啟了新的觀點及提供新的可能性。位於倫敦的瑪麗皇后大學工程及材料系的研究人員利用3D生物列印創建了新的結構，他們開發出新的生物墨水，讓細胞可以在環境中存活及成長，並且讓細胞以等同於在病患體內的方式反應，這讓科學家可以針對藥物試驗建立更複雜的情境，並且直接分析人體細胞的行為，而不用在真人上做試驗，這個方法對研究癌細胞的生長及觀察細胞的反應也極有幫助。

生物列印皮膚組織的商業化

Poietis是一家專精於再生藥物的法國生物科技公司，最近準備把一種稱為Poieskin的3D生物列印的皮膚商業化，這是第一家將生物列印的皮膚商業化的公司，這種皮膚可以用於藥物開發或成分測試，該公司正和大型公司合作開發研究用及治療用的3D組織模組，同時也在開發4D生物列印技術。

準確著色的3D生物列印皮膚

新加坡的研究人員史無前例地創造了更接近人類的皮膚，現在生物列印出的皮膚可以具有準確且複雜的孔隙結構，南洋大學使用3D生物列印技術控制黑色素生成細胞的分佈。

目前生物列印的皮膚組織還不能和人體皮膚組織有一樣的表現，它沒有色素、毛囊或汗腺，但這項技術仍然前景可期，並且向列印皮膚細胞的目標邁進了一大步。

快速的3D生物列印

一些研究人員早已經嘗試改進3D生物列印技術，3D列印的研究目標有很大一部分是希望列印速度越來越快。荷蘭的研究團隊證明快速3D生物列印是可能的事，事實上他們已經成功地利用活細胞建立組織，並用於修復受損組織。

這個3D列印技術是使用液滴，必須非常快速的操作，才能從生物列印材料中捕捉到活細胞，另外，它是在空氣中而非微管道中操作液滴，傳統方法的速度還無法望其項背。

3D生物列印的未來

如你所見，3D生物印表機可能會對醫療產業產生革命性的改變，但3D列印產業仍然需要對醫療產業提供更多東西。列印人體組織可能是救命的方法，可以加速器官移植，可以幫助修復受損皮膚、骨頭或軟骨。迄今，已經有一些成功的實驗，而且很快的就可以列印更複雜的組織及人體器官。

生物列印似乎是科幻小說的產品，例如Netflix的連續劇”碳變 (Altered carbon)”就有使用生物列印，故事發生在2052年，是時身體已經可以替換，人們可以在不同的身體間轉換意識，有些角色甚至可以用3D生物印表機來列印複製人。

3D生物列印的人類只有出現在科幻小說，但誰曉得也許那天這就會成真。

人體相當複雜，這也是為什麼3D生物列印難以快速發展，及需要很多時間才能實現。但3D列印技術進步神速，有越來越多的材料及裝置問世，也許那一天只是一步之遙。