孙悦礼，骨科大夫 | 生物医学工程 | 临床转化 | 手绘科普3D 打印手艺让万物皆可打印，当我们本身的身体、组织，甚至每一颗细胞都可以完全还原并打印出来的时辰，我们能取代造物本家儿吗？
《西部宿世界》开场短片的钢琴曲很好听
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《权力的游戏》最后一季崩盘了，下一部神剧《西部宿世界》却是值得等候一番，人工智能的“变节”，3D 打印手艺的绘声绘色，人道和意识的思虑，风光如画的场景、令人着迷的故工作节，厉害的科幻往往会植入最新的科技，从细节上达到以假乱真的水平。
这部剧的焦点科技从片头就起头了，3D 打印恰是这种真实感的焦点科技。
固然感受都很科幻，但又感觉离我们并不遥远，那么这部科幻有科学事实根本吗？有哪些工作在实际中 3D 打印手艺已经可以做到了？
1.人工血管打印
打印人工血管方面，哈佛大学詹妮弗·刘易斯(Jennifer Lewis)传授的尝试室走在最前沿，他们团队为专门为血管打印设计了一台定制的 3D 打印机和一种消融性墨水。
采用这个手艺，他们制当作了一块含有皮肤细胞的组织样本，皮肤细胞和血管布局交叉在这块组织材猜中。
刘易斯传授的团队经由过程在打印细胞的网格中利用一种冷却后会液化的“墨水”，缔造出中空的管状布局，这种组织是由 3d 打印机分层构建的。
第一种以明胶为根本的墨水修建起了细胞外基质（细胞外基质是包抄细胞的卵白质和其他生物分子的夹杂物）。
第二种墨水含有明胶物质和小鼠某人类皮肤细胞，它们不仅具有生物活性，还有足够的粘性，可以在打印当作型后连结布局和功能。
第三种果冻般材质墨水帮忙团队缔造了空心管。这种墨水在室温下具有果冻的粘稠度，但冷却后会液化。研究小组在常温下用这种墨水塑造出血管，组织当作型后经由过程冷却加真空的体例，把这部门液化的墨水抽出，中空的血管通道布局就形当作了，共同上第二层第一层打印在其四周的皮肤细胞和细胞外基质，中空管道的外壁也能像生物血管一样连结活性和通透性。
以上就是该团队 3D 打印人工血管的道理。是不是和《西部宿世界》片头的这一幕很像？
用这种体例打印出来的最小的通道直径约为 75 微米，比拟身体遍地互换营养和废料的毛细血管，显然要大得多。若是要做当作加倍当作熟的组织甚至器官，光靠这些 75 微米的大血管显然是不敷的。尽管如斯，但这种分层多种“墨水”3D 打印人工血管手艺，可以说长短常很是主要的一步摸索了。
2. 更贴合的传感器
物联网手艺已经把手机、手环、手表都改酿成了“可穿戴设备”，及时检测我们天天的活动量、久坐时候和睡眠质量，都可以经由过程终端传感器检测、记实并办理我们日常的数据。
但若是把这些传感器做得更小，贴在皮肤概况，甚至植入到器官上，那么精度将会更高。
这部门工作，学术大佬 @冲气觉得和 的研究就走在该范畴的前沿——
你颁发第一篇英文 SCI 论文履历了如何的过程？https://www.nature.com/articles/s41551-018-0287-x
Really excelent work！
除了上述的体表贴片传感器以外，华盛顿大学圣路易斯分校的研究人员还做了可以贴到人体器官概况的一莳植入传感器。
他们操纵心脏扫描手艺建造了个和病人完全一样的 3D 打印心脏模子，打印的同时在模子四周包裹着近似的可伸缩电子元件。这种硅装配可以从打印的心脏模子上剥离下来，然后完美地附着贴合在病人的心脏上。这种传感器包罗了大量的电子元件，经由过程可伸缩的传感器阵列、氧合探测器、应变仪、电极和温度计的集当作并包裹在心脏四周。对病人来说，可能意味着更彻底、更有针对性的监测和治疗。相对于今朝临床上应用的心电图和 Holter 手艺，在时候和空间维度上，这种内置的传感器手艺将是碾压性的。
3.骨骼打印
骨骼，除了承重和活动需要，仍是体内主要的钙磷仓库。
若是“临时的”营养不良，身体里的钙磷来不及维持日常的心理功能，身体就会挪用骨头这个「姑且仓库」，破骨细胞被激活，在骨头概况吐出酸水，骨头被侵蚀后就会消融出钙和磷，以离子游离的状况进入血液济急。当血液里的钙磷离子达到所需要的浓度之后，破骨细胞就会主动停工，不再继续发货了。
若是骨头局部区域受力过大，布局摇摇欲坠，骨头里的骨细胞就会感知到，然后发送旌旗灯号激活并呼唤当作骨细胞来到闯祸区域，当作骨细胞沿着骨头里的胶原支架爬过来，在血液里打捞钙磷离子，和胶原里的卵白夹杂一番后形当作新的骨质，跟着工程的完美，被卸磨宰驴的他们，也逐渐矿化当作为骨细胞，并藏匿在骨头中与之当作为一体，感知骨头局部受力的大小。
骨质松散症说到底，就是这三个细胞之间共同呈现了沟通的障碍，使得原有的骨形当作和骨接收的均衡被打破，骨接收过度引起骨量下降甚至骨质松散。骨形当作过度也会发生多余增生的骨刺。而整个过程与工地原料“钙”的几多，几乎是毫无关系的。
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所以，若是要打印人工骨骼，不克不及仅仅把骨骼看成一块具有强度和粘性的材料，还要考虑材料植入人体后这些骨细胞、当作骨细胞和破骨细胞在上面的生态。2011 年，华盛顿州立大学(Washington State University)Susmita Bose 传授对一台 ProMetal 3D 打印机进行了革新，将特定的化学因子和细胞因子连系到陶瓷粉末上，制当作“Bio-ink”，以此为原材料缔造出了比传统更复杂的骨骼植入材料，这些支架植入骨骼内部不仅可以促进任何外形的骨骼发展，还能操纵微布局连结足够的强度。
荷兰乌得勒支大学医学中间的一组外科大夫用定制的塑料打印植入物替代了一名 22 岁女性头骨的整个顶部。在中国也有一名颅骨破裂的男人接管了特制的 3D 打印钛合金置换手术。
跟着 3D 打印手艺的日趋完美，组织修复手艺将会越来越普及。
有些 3D 打印批量出产的组织器官，固然还没有前提植入人体内，但已经可以在新药研发和安评过程中取代“小白鼠”。
可以想像，将来十年，成长迅猛的 3D 打印工业会不会当作为人体“零件农场”，在细胞层面和组织布局层面，培育出更接近人体的内脏器官和肌肉、韧带、骨骼。相信这一幕将不再科幻。
