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生物3D打印正循着人体的生命阶梯一步步地向上攀登，直到阶梯的顶层——具备完整功能的人造生命。
打开电脑，找到鼻软骨的三维模型，按下启动键，含有细胞的水凝胶便从打印机喷头喷出，层层叠覆，不到一小时，一个鼻软骨就被“打印”了出来……这并不是科幻电影的情节，而是时下最热门的生物3D打印技术。
不久前，杭州电子科技大学教授徐铭恩在2015中国转化医学大会上宣布，他们成功“打印”出国内首个用于药物筛选的肝单元，这些肝单元存活率达90%，最长能存活两个月，目前已投入批量生产。
除了筛选药物，3D打印肝单元也推进了人工肝的研发过程。“用3D打印的肝脏、肾脏等器官，可以移植入人体内；制作出人造的感受器官，比如眼睛、鼻子……”徐铭恩勾勒出一幅未来3D打印活体器官的图景。
那么，3D打印活体器官到底离我们有多远？
迈向生命阶梯的顶层
当3D打印技术初问世时，人们对它的期许或许只是改变定制企业的生产模式，弥补传统工业生产形式的种种不足。而现在，随着3D打印技术的不断突破，它开始彰显出更高的利用价值——打印器官、拯救生命。
“生物3D打印代表了3D打印技术的最高水平。”日前，在深圳举办的一场医用新材料与3D打印论坛上，清华大学生物制造中心教授徐弢解释道，生物3D打印就是利用3D增材制造原理，以加工活性材料包括生物材料、生长因子、细胞等为主要内容，以重建人体组织和器官为目标，跨学科和领域的新型再生医学工程技术。
根据打印材料及其生物学性能的不同，徐弢把生物3D打印分为四个层次：第一层，材料没有生物相容性要求，用于打印体外的个性化模型；第二层，材料需要进入人体，因此有生物相容性要求，但不需要降解，比如陶瓷等植入材料；第三层，材料可以降解，甚至刺激它还能够打开新生组织的生长机制；第四层，材料以活性细胞、蛋白为主，用来打印活体组织器官等。
这四个层次就如同生命阶梯一样，越靠近顶端越复杂，生物3D打印正循着人体的生命阶梯一步步地向上攀登，直到阶梯的顶层——具备完整功能的人造生命。
不过，目前生物3D打印技术仍以辅助手术为主，徐弢表示，第一到第三层次的生物3D打印技术相对成熟，有产业化的竞争。第四个层次把细胞介入基本单元，属于前沿科学，是现代意义上的生物3D打印，这也是目前科研重点攻克的方向。
“虽然目前离器官打印比较遥远，但是人类首先要有想法，好比《终结者》里的片段，液体机器人最终变成一个有生命力的人。”徐弢说，“第四层次一旦研发成功，将具有非常大的价值和意义，将抢占产业制高点。”
登顶过程困难重重
那么，我们何时才能打印出自己的器官组织呢？这或许还需要漫长的等待。
摆在眼前的第一道难关，就是如何解决器官“形似且神似”的问题。
“我们把细胞堆积在那里，它是否能够按照正常的生理发育变成正常的组织器官？目前还没有人能够回答。因为这里涉及到很多问题，例如细胞和细胞之间怎么交流等。”徐弢说。
这也可以理解为，就算科学家可以将细胞以完美的形状打印出器官组织，但是如何让这一细胞结构具备生物功能，解码细胞彼此间如何传递信号，使器官展开运作，仍然是一个高难度技术问题。
第二个挑战则是复杂的血管网络的重建，这也是组织工程学需要攻克的难关。“因为有毛细血管的存在，人体自身才有了再生的机制，而如果没有合适的血管网络，组织根本没办法活下去。”徐弢称。也就是说，如果没有血管系统提供养分并带走体内废物，3D打印的器官组织中的活细胞也将迅速死亡。
即使技术成熟，监管审批也会遇阻。“药监部门批准的产品都用于批量生产，可是生物3D打印做的是个性化产品，是药监部门未曾遇到过的，怎么对产品进行评估、审批都是问题。”西安交通大学教授李涤尘说。
不仅如此，中国医疗器械行业协会外科植入物专业委员会理事长聂洪鑫还表示，生物3D打印不管是在材料、技术还是检测上，都还没有统一的国家标准，这也是目前该领域面临的另一道坎。
另外，打印活体器官还会面临人类伦理问题。但徐弢觉得，打印活体器官与生物克隆、干细胞遇到的人类伦理的挑战不同。“如果说胚胎干细胞的研究是为了救一个人而牺牲另一个人，这就有人类伦理的挑战，器官打印完全不是这个概念。器官打印要取出成体细胞，成熟之后移植到体内，而且这个细胞来自自体，没有免疫的问题。”徐弢说。
10年内或可实现
打印人体活体器官，技术要求更高、更复杂，但这并不是天方夜谭。
中国工程院院士、被誉为中国3D打印之父的卢秉恒日前透露，预计5~10年内，我国即可使用3D技术打印包括脏器在内的人体活体器官。目前，卢秉恒的技术团队就正在和北京一家知名医院合作，研究攻关脏器3D打印技术难题。
而在徐弢看来，要让打出来的细胞能够存活并建立起自己的营养系统，这一过程具体多少年才能实现并没有准确的答案。他借助美国国家科学基金会的发展路线图分析认为，我国可在2~3年内实现植入物、假肢、支架、细胞打印，5年内实现病理、药理模型打印，10~15年内完全实现功能组织3D打印。
徐弢表示，生物3D打印下一个产业方向是材料和药物联合打印，因为在传统用药方面有一个很大的屏障，就是药到达不了脑部，而用材料和药物联合打印，提升了抗肿瘤、抗感染药的价值。
可以预见的是，3D打印活体器官的时代正在到来，徐铭恩团队打印出的肝脏单元就推进了人工肝的研发过程。不过，业内普遍认为，3D打印活体器官还需要多学科协同的科研，比如个性化数据分析与建模、机械学与工艺控制、生物学与医学和材料学。尤其是材料的作用十分重要，涉及到保持再生组织器官的外形、提供必要的力学支撑、调控细胞的行为、为细胞生长提供物理空间等。
由于目前国内监管部门对3D新材料的认知程度还远远不够，新材料的标准修订也是一件非常重要的工作。为此，聂洪鑫还建议在国内标准的翻译、引入和自己标准的修订、制订工作方面，专家或者企业界研发人员应尽早介入。