未来的3D打印器官将面临什么障碍

对于患有慢性病或病情危重的患者，等待器官移植匹配的时间可能对生命生死攸关。根据美国卫生资源和服务管理局（Health Resources and Services Administration：https://www.organdonor.gov/statistics-stories/statistics.html）的数据，2019年7月，超过11.3万名美国男性、女性和儿童被列入国家移植等待名单。不幸的是，器官短缺只会随着捐赠者名单的停滞而继续增长。

未来的3D打印器官和骨骼技术可能会减少我们对人体移植的需求。但3D打印人体器官移植需求在健康产业中是一个相对较新的概念，而事实是，要完全依赖这些资源还需要很长时间。

他们最大的障碍是什么呢？3D打印器官和骨骼使用与个体生物相容的生物材料。这意味着外科医生正在打印过程中利用人体细胞，以构建一个成功的植入器官。

IEEE高级会员Robert Saracco表示：“由于3D打印或添加剂制造已经在航空电子和印刷电子等其他领域得到应用，因此在精度方面没有特别的问题，而且他们已经在交付一种精度超过器官打印需要的产品了。”

然而，这项技术已经在研究中，一些3D打印的器官和骨骼已经被卫生专业人士使用。

详细信息，另见：Tissue Engineering & Regenerative Medicine：https://www.embs.org/about-biomedical-engineering/our-areas-of-research/tissue-engineering-regenerative-medicine/

3D打印是如何工作的？

器官和骨骼的三维打印从许多病人的检查和程序开始，例如放射线照片和核磁共振成像（MRI）/TAC，以帮助外科医生创建植入物的数字模型。Saracco说：“这个数字模型是用合适的生物相容性材料组合印刷出来的。”

Saracco指出：“这一工艺与添加剂制造中用于生产发动机或其他零件的工艺非常相似。所用的一些材料可能不同，例如活细胞的使用。这显然在材料通过打印机喷嘴喷射的方式和用于将沉积材料粘贴到位的胶水类型上形成了一些差异。”

3D打印器官和骨骼已经被使用

Saracco说：“第一个3D打印的器官实际上是二维器官，更确切地说是皮肤。这让我们能够制作出量身定制的植皮片，加快了手术速度，提高了效果。”

Saracco还解释说，植入物也被用来代替骨和软骨，如颌骨、气管碎片、髋骨和牙齿。2018年，一名澳大利亚妇女获得了第一块用于癌症后重建的3D颌骨，3D打印已经在牙科领域掀起了一场革命。

Saracco说：“3D打印的髋骨已经被植入了超过10万个植入物，我们开始看到骨质疏松症患者的部分骨替代。”

这些坚硬的器官和骨骼是为适应病人的需要而定制的，但它们并不能适应或改变病人的需要。

目前正在研究的3D打印器官和骨骼

与目前使用的硬3D打印器官和骨骼不同，器官、膀胱、心脏和肝脏等较软的组织更难被工程师和卫生专业人员复制。这些器官仍处于研究阶段，因为3D打印软器官是由病人的细胞构成的，需要具备随着时间的推移复制和适应的能力。

Saracco说：“3D打印必须建立一个功能性的支架，在合适的位置吸收合适的细胞组合，并确保血管形成。这些情况下的问题要复杂得多，我认为在下一个十年结束前不太可能有可行的解决办法。”

但一些器官的3D支架技术不久将应用于外科手术。Saracco解释说，在动物身上已经有过几次成功的试验，并且研究人员计划转向人体试验。

详细信息，另见：3D Printing and the Future of Prosthetics：https://transmitter.ieee.org/3d-printing-future-prosthetics/

3D打印器官的好处

3D打印的器官大小适合病人，器官是从病人的细胞培养出来的，因此免疫系统排斥移植的可能性较小。理论上，3D打印器官也有无限的可用性，而且可以在短时间内制造出来。这意味着将不再需要移植等待名单。此外，生物相容性问题将不再是血液类型或器官较稀的患者的问题，通常需要较长时间才能找到匹配。

在我们完全放弃移植名单之前，3D打印器官和骨骼在研究和成功率方面还有很长的路要走。但随着技术的不断进步，这可能并不像我们想象的那么遥远。