体内3D打印可以修补胃溃疡

全世界每八个人中就有一个受到胃溃疡和其他胃创伤的困扰，但常见的传统疗法都有缺点。现在，科学家们的目标是通过探索3D打印的新领域来治疗这些问题：将活细胞直接存放在人体内。

就像3D打印机制作材料层来创造结构一样，生物打印机挤出活细胞来制造组织和器官。这个概念的一个长期梦想是，活跃在器官捐赠等待名单上的人-根据非营利组织器官共享联合网络(United Network For Organ Sharing)的数据，仅在美国就有近7万人-有朝一日可能会有机会获得生物打印的器官。虽然以这种方式生产功能性心脏或肾脏的能力可能还需要几年的时间，但现实的近期目标包括生物打印更简单的结构，如骨移植。然而，在体外打印的活组织仍然需要植入手术，这通常涉及到大切口，这增加了感染的风险，延长了康复时间。

如果医生可以直接在体内打印细胞会怎么样呢？这个想法是使用目前的微创外科技术，通过小切口将3D打印工具插入患者体内，然后铺设新的组织。这种“活体生物打印”的潜在应用可能包括帮助修复疝气的外科网状物和帮助扭转不孕症的卵巢补片。

之前关于活体生物打印的大部分研究都集中在治疗皮肤和身体外部的其他组织上，因为必要的设备通常太大，如果不进行广泛的手术，就无法接触到消化道和其他位于中心的器官。在努力降低胃部病变侵袭性的过程中，中国科学家希望开发一种可以相对容易地进入人体的微型生物打印机器人。该研究的资深作者、北京清华大学生物工程师陶旭表示，研究人员使用现有技术创造了灵活的电子设备，如机械蜜蜂和以蟑螂为灵感的机器人。

由此产生的微型机器人只有30毫米宽-不到信用卡宽度的一半-可以折叠到43毫米的长度。一旦进入患者体内，它就会展开，变得59毫米长，并可以开始生物打印。俄亥俄州立大学(Ohio State University)机械工程师大卫·霍尔兹尔(David Hoelzle)没有参与这项研究，他表示：“研究小组构建了聪明的机制，使系统在进入人体时紧凑，但一旦越过进入人体时的严格限制，就会展开，提供一个很大的工作区。”他没有参与这项研究。

在他们的实验中，中国的研究人员将微型机器人安装在内窥镜(一种可以通过身体开口插入的长管)上，并成功地将其通过弯曲的管道蜿蜒插入一个透明的胃塑料模型。在那里，他们用它将装满人体胃壁和胃肌肉细胞(由商业实验室培养)的凝胶打印到实验室的培养皿上。在10天的过程中，印刷细胞保持存活并稳定增殖。“这项研究是将微型机器人和生物打印结合在一起的第一次尝试，”徐说。

研究人员说，胃病变的主流治疗方法包括药物治疗，这种药物见效缓慢，并不总是非常有效；内镜手术，只能修复相对较小的伤口；以及内镜下喷洒止血，但对完全治愈较大的伤口帮助不大。徐说，活体生物打印的希望是，它最终可能会通过用可以修复胃损伤的活结构修补这些方法来改进这些方法。

徐补充说，未来的研究可能会使微型机器人的宽度降到12毫米，并为它配备摄像头和其他传感器，以帮助它执行更复杂的操作。他和清华大学的首席研究作者赵文祥在今年夏天的“生物制造”杂志上详细介绍了他们的发现。

徐和他的同事们注意到，他们用来生物打印“墨水”的凝胶只有在相对凉爽的时候才是稳定的。在正常体温下，它们的液体太多，不能很好地形成结构。此外，研究人员添加的帮助凝固凝胶的氯化钙溶液可能会潜在地损害人体。但最近由Hoelzle和他的同事独立开发的另一种凝胶可能有助于解决这些问题：它可以在体温下保持形状，可以用可见光凝固。

生物印刷的一个挑战是如何有效地将印刷细胞附着到现有的软器官和组织上。Hoelzle和他的同事们测试了一种潜在的解决方案，他们试图“治愈”质地相似的材料-包括生的鸡胸肉条-的穿孔。首先，3D打印机的喷嘴将一个微小的生物墨水旋钮挤出穿孔，形成一个锚，可以将穿孔的组织连接到生物打印的结构上。然后，他们慢慢地收回喷嘴，拖在一串他们可以用来在组织外部放置更多细胞的材料后面。“这项工作很有启发性，”徐说。他补充说，借鉴这些方法将有助于体内生物打印的进一步发展。

霍尔兹勒认为，这项技术很可能永远不会有能力打印复杂的器官。相反，它可能会被证明是有用的，因为它可以用相对温和的印刷结构来增强标准手术，这些结构可以释放促进愈合或防止感染的药物。“组织工程材料…有很多机会。这一点目前还没有考虑--因为没有人愿意给病人开胸来运送材料，“Hoelzle说。