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器官衰竭或者损害的患者常常在等待供体时死去，即使接受了器官移植，也有可能被手术之后的排异反应折磨甚至夺走生命。人造器官能够解决器官来源不足和排异反应的问题，而在未来，我们可能利用3D生物打印机为患者按需打印出他们需要的器官或者组织。
3D打印揭秘
平时我们打印的图像或者文字是平面的2D打印，而3D打印则是“打印”出立体的东西。首先，电脑中需要建出打印物品的三维数字模型，并将三维模型“切割”为一个一个的横截面；然后3D打印机根据每个横截面的信息，用液体状、粉状或者片状的材料将横截面逐层打印出来，最后将横截面粘合成一个完整的实体。相比传统制造业，3D打印能够制造出更加复杂的零部件，并且省去了许多辅助加工的环节。服装、建筑、食品、航天等产业已经开始使用3D打印技术。
打印的物品不同，所需的“墨水”也就不同，打印建筑材料可能需要金属、打印衣物可能需要尼龙纤维、打印食物可能需要碳水化合物。而在3D打印人造器官、组织和细胞时，当然需要特殊的生物“墨水”。例如，美国Organovo公司研制的打印机有两个喷头，一个喷头使用的墨水为人体细胞，另一个喷头使用的墨水为凝胶。凝胶作为支架，细胞会附着于上，并一层一层地叠加，最终构成血管、器官等等。
3D打印机能打印哪些人体“零件”
在现有的科技与医学基础上，骨骼、血管、干细胞簇，甚至是拥有大部分功能的完整器官，都能够被打印出来。
●骨骼 美国华盛顿州立大学的研究小组，把生物陶瓷粉作为墨水，打印出了人造骨骼。主要成分为磷酸钙的生物陶瓷粉适合细胞和骨组织长入，因此是修复骨骼的重要材料。研究者又在生物陶瓷粉中添加了硅和氧化锌，以增加其强度。然后他们改造了一部金属3D打印机，来制造人造骨骼的支架。先在打印机上喷撒一层只有半根头发厚度的生物陶瓷粉，然后再喷撒上一层黏合剂，这样一直重复，直到整个支架成形，最后在1250℃下烘烤2小时，骨骼支架便完成了。在实验中，把未成熟的骨骼细胞置于打印出来的支架上，一周之内，它们就开始生长。在未来，这种打印出来的骨骼支架，再加上一些骨骼生长因子，可能为修复下颚或者脊柱等作出重大贡献。由于打印出来的骨骼支架可以在体内降解，因此对于受体不会有明显的副作用。
●血管 无法通过毛细血管给人造组织或者人造器官输送养分是生物工程的一个大问题，而德国弗劳霍夫研究所的科学家利用多光子聚合技术和3D打印制造的人造血管解决了这个问题。想要人造器官能够在受体内发挥作用，那么它的内部必须要有极其精细和复杂的血管群。多光子聚合技术所产生的镭射光能够让打印出来的血管既具有弹性又十分精确，如此一来，人造血管能够与人体的自然组织“融为一体”。打印出来的人造血管不会被人体排斥，血管壁上覆有改造过的生物分子，使其能为人造器官输送养分。这种血管将推动人造器官的飞速发展。
●干细胞簇 干细胞因为具有能够分化成为其他细胞的能力，因此是再生医学中的研究重点。英国爱丁堡的霍赫瑞瓦特大学通过调整3D打印机上的微型阀门，能够用胚胎干细胞作为“墨水”，打印出干细胞簇。这么做能够加速干细胞发展成为人造器官的进程。通过打印机的微型阀门，干细胞和培养基能够精准地喷入备好的有诸多凹孔的培养皿中。在打印3天后，有超过89%的干细胞存活，而且它们都维持了多能性，即可分化成为任何形态的细胞。由于打印过程受到了阀门的精确控制，因此这些干细胞能够达到分化的最佳状态，能更快更好地成长为人体器官或者组织。这些人造器官和组织除了用于移植以外，还能够被用于药物测试。这样药物研发者能够直接看到人体组织对新药的反应，而不是动物对新药的反应。
●迷你肝脏 美国Organovo公司把在手术或者活检时移除的组织细胞装入3D打印机，并打印出了人造迷你肝脏。虽然这个肝脏只有半毫米厚、4毫米宽，但是却具有肝脏的大部分功能。打印机一共喷撒了约20层干细胞和肝星形细胞，另外还加入了血管细胞，这样打印出来的肝脏具有精密的血管网络用于运输养分和氧气。迷你肝脏能够存活约5天，甚至更长的时间。因为迷你肝脏具有真实肝脏的结构和功能，所以科学家在利用其来检验药物或者其他物质的毒性时，能够获得更为准确的结果。如同真的肝脏一样，迷你肝脏能够合成白蛋白，就是这种肝脏蛋白在我们的身体中“运输”激素、盐分和药物。迷你肝脏还能够合成胆固醇以及能够代谢药物的酶。Organovo的下一步计划是，利用3D打印技术制造出真实大小的人类肝脏，并将其用于移植手术中。
●外耳 通常人造器官所使用的材料密度与泡沫聚苯乙烯差不多，制造出的耳朵与真耳的质感相差较大。如果使用病人的肋骨组织来重塑外耳，又增加了手术的难度和病人的痛苦。为了解决这些问题，美国康奈尔大学的研究人员用3D打印技术，以含有牛耳活细胞的凝胶作为墨水，制造出了一种新型的人造耳朵，其外观和功能都与真耳相差无几。研究人员首先用3D相机拍摄了数个耳朵的照片，并将其输入计算机绘出3D图画，然后利用3D打印机打出固体模型。由于使用的墨水是高密度的胶原蛋白凝胶，其中还含有能生成软骨的牛耳细胞，所以数周后，软骨便会逐渐长出取代凝胶，3个月后，软骨会形成柔韧逼真的外耳。打印出的人造外耳是否能够用于临床手术中，可能还需要进一步的研究，但如果能够这样大规模地生产器官，许多患者的人生将被改变。
●心脏 美国华盛顿国家儿童医学中心使用3D打印机，耗费25万美元，制造出了一个心脏的复制品。该医院的儿科心脏专家解释说，对于一些复杂的手术或者比较罕见的病情，心脏复制品能够为医生提供一个很好的演习机会。计算机利用单个患者心脏的2D扫描图来构建3D模型，之后打印机用塑料材料再把模型制造成为实体。外科手术医生能够通过一位患者心脏的复制品，更深入地了解其病情并进行一些演练，从而在真正的手术过程中能够更加得心应手。现在，康奈尔大学的研究目标是通过3D打印机，利用真的心脏组织来制造出可用于移植的心脏。
3D打印揭秘
平时我们打印的图像或者文字是平面的2D打印，而3D打印则是“打印”出立体的东西。首先，电脑中需要建出打印物品的三维数字模型，并将三维模型“切割”为一个一个的横截面；然后3D打印机根据每个横截面的信息，用液体状、粉状或者片状的材料将横截面逐层打印出来，最后将横截面粘合成一个完整的实体。相比传统制造业，3D打印能够制造出更加复杂的零部件，并且省去了许多辅助加工的环节。服装、建筑、食品、航天等产业已经开始使用3D打印技术。
打印的物品不同，所需的“墨水”也就不同，打印建筑材料可能需要金属、打印衣物可能需要尼龙纤维、打印食物可能需要碳水化合物。而在3D打印人造器官、组织和细胞时，当然需要特殊的生物“墨水”。例如，美国Organovo公司研制的打印机有两个喷头，一个喷头使用的墨水为人体细胞，另一个喷头使用的墨水为凝胶。凝胶作为支架，细胞会附着于上，并一层一层地叠加，最终构成血管、器官等等。
3D打印机能打印哪些人体“零件”
在现有的科技与医学基础上，骨骼、血管、干细胞簇，甚至是拥有大部分功能的完整器官，都能够被打印出来。
●骨骼 美国华盛顿州立大学的研究小组，把生物陶瓷粉作为墨水，打印出了人造骨骼。主要成分为磷酸钙的生物陶瓷粉适合细胞和骨组织长入，因此是修复骨骼的重要材料。研究者又在生物陶瓷粉中添加了硅和氧化锌，以增加其强度。然后他们改造了一部金属3D打印机，来制造人造骨骼的支架。先在打印机上喷撒一层只有半根头发厚度的生物陶瓷粉，然后再喷撒上一层黏合剂，这样一直重复，直到整个支架成形，最后在1250℃下烘烤2小时，骨骼支架便完成了。在实验中，把未成熟的骨骼细胞置于打印出来的支架上，一周之内，它们就开始生长。在未来，这种打印出来的骨骼支架，再加上一些骨骼生长因子，可能为修复下颚或者脊柱等作出重大贡献。由于打印出来的骨骼支架可以在体内降解，因此对于受体不会有明显的副作用。
●血管 无法通过毛细血管给人造组织或者人造器官输送养分是生物工程的一个大问题，而德国弗劳霍夫研究所的科学家利用多光子聚合技术和3D打印制造的人造血管解决了这个问题。想要人造器官能够在受体内发挥作用，那么它的内部必须要有极其精细和复杂的血管群。多光子聚合技术所产生的镭射光能够让打印出来的血管既具有弹性又十分精确，如此一来，人造血管能够与人体的自然组织“融为一体”。打印出来的人造血管不会被人体排斥，血管壁上覆有改造过的生物分子，使其能为人造器官输送养分。这种血管将推动人造器官的飞速发展。
●干细胞簇 干细胞因为具有能够分化成为其他细胞的能力，因此是再生医学中的研究重点。英国爱丁堡的霍赫瑞瓦特大学通过调整3D打印机上的微型阀门，能够用胚胎干细胞作为“墨水”，打印出干细胞簇。这么做能够加速干细胞发展成为人造器官的进程。通过打印机的微型阀门，干细胞和培养基能够精准地喷入备好的有诸多凹孔的培养皿中。在打印3天后，有超过89%的干细胞存活，而且它们都维持了多能性，即可分化成为任何形态的细胞。由于打印过程受到了阀门的精确控制，因此这些干细胞能够达到分化的最佳状态，能更快更好地成长为人体器官或者组织。这些人造器官和组织除了用于移植以外，还能够被用于药物测试。这样药物研发者能够直接看到人体组织对新药的反应，而不是动物对新药的反应。
●迷你肝脏 美国Organovo公司把在手术或者活检时移除的组织细胞装入3D打印机，并打印出了人造迷你肝脏。虽然这个肝脏只有半毫米厚、4毫米宽，但是却具有肝脏的大部分功能。打印机一共喷撒了约20层干细胞和肝星形细胞，另外还加入了血管细胞，这样打印出来的肝脏具有精密的血管网络用于运输养分和氧气。迷你肝脏能够存活约5天，甚至更长的时间。因为迷你肝脏具有真实肝脏的结构和功能，所以科学家在利用其来检验药物或者其他物质的毒性时，能够获得更为准确的结果。如同真的肝脏一样，迷你肝脏能够合成白蛋白，就是这种肝脏蛋白在我们的身体中“运输”激素、盐分和药物。迷你肝脏还能够合成胆固醇以及能够代谢药物的酶。Organovo的下一步计划是，利用3D打印技术制造出真实大小的人类肝脏，并将其用于移植手术中。
●外耳 通常人造器官所使用的材料密度与泡沫聚苯乙烯差不多，制造出的耳朵与真耳的质感相差较大。如果使用病人的肋骨组织来重塑外耳，又增加了手术的难度和病人的痛苦。为了解决这些问题，美国康奈尔大学的研究人员用3D打印技术，以含有牛耳活细胞的凝胶作为墨水，制造出了一种新型的人造耳朵，其外观和功能都与真耳相差无几。研究人员首先用3D相机拍摄了数个耳朵的照片，并将其输入计算机绘出3D图画，然后利用3D打印机打出固体模型。由于使用的墨水是高密度的胶原蛋白凝胶，其中还含有能生成软骨的牛耳细胞，所以数周后，软骨便会逐渐长出取代凝胶，3个月后，软骨会形成柔韧逼真的外耳。打印出的人造外耳是否能够用于临床手术中，可能还需要进一步的研究，但如果能够这样大规模地生产器官，许多患者的人生将被改变。
●心脏 美国华盛顿国家儿童医学中心使用3D打印机，耗费25万美元，制造出了一个心脏的复制品。该医院的儿科心脏专家解释说，对于一些复杂的手术或者比较罕见的病情，心脏复制品能够为医生提供一个很好的演习机会。计算机利用单个患者心脏的2D扫描图来构建3D模型，之后打印机用塑料材料再把模型制造成为实体。外科手术医生能够通过一位患者心脏的复制品，更深入地了解其病情并进行一些演练，从而在真正的手术过程中能够更加得心应手。现在，康奈尔大学的研究目标是通过3D打印机，利用真的心脏组织来制造出可用于移植的心脏。