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← 如何 3D 打印人体组织 - 塔尼卡·琼斯

观看完整课程:https://ed.ted.com/lessons/how-to-3d-print-human-tissue-taneka-jones

目前数十万人在器官移植名单上,等待重要器官捐赠,像是肾、心脏和肝,来拯救他们的生命。很遗憾的,器官捐赠供不应求。如果除了等待,我们还有办法从无到有,创造出全新的、定制的器官呢?塔尼卡·琼斯(Taneka Jones)探讨了生物打印——再生医学的新分支。

课程讲解:塔尼卡·琼斯,动画制作:Hype CG

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Showing Revision 10 created 11/26/2019 by Yolanda Zhang.

  1. 目前有数十万人
    在器官移植名单上,
  2. 等待重要器官捐赠,
    像是肾、心脏和肝,
  3. 来拯救他们的生命。
  4. 很遗憾,
  5. 器官捐赠供不应求。
  6. 如果除了等待,

  7. 我们还有办法从无到有,
    创造出全新的、定制的器官呢?
  8. 这就是生物打印的理念。
  9. 生物打印是再生医学的分支,
    目前处于发展阶段,
  10. 我们尚未能打印出复杂的器官,
  11. 但例如血管和负责
    交换营养和废物的管道
  12. 这些较简单的组织
  13. 已经在我们掌握之中。
  14. 生物打印和 3D 打印原理相似,

  15. 将层层的材料堆叠在一起,
  16. 一次一层,建构出一个三维物体。
  17. 普通的 3D 打印机
    使用金属、塑料或陶瓷,
  18. 而制作器官和组织的
    3D 打印机使用“生物墨水”:
  19. 一种含有活细胞的
    可打印材料。
  20. 许多生物墨水的主体是
    一种富含水的分子,称作水凝胶,

  21. 水凝胶里混合了上百万个活细胞
  22. 和各种用来促进细胞交流
    和生长的化学物质。
  23. 有些生物墨水只含单一
    一种细胞,
  24. 有些则结合许多不同种的细胞,
    来制造出更复杂的结构。
  25. 假设你想要打印一个半月板,

  26. 半月板是膝盖里的一块软骨,
  27. 用来避免胫骨和股骨互相摩擦。
  28. 它由软骨细胞组成,
  29. 你需要有健康的软骨组织供应,
    来制作你的生物墨水,
  30. 这些细胞可能来自捐赠者,他们
    的细胞系在实验室里被复制,
  31. 这些细胞也可能来自
    病患自身的组织,
  32. 这种定制的半月板
    可以有效避免发生排斥反应。
  33. 现在有几种打印技术,
  34. 其中最常用的是
    挤压式生物打印。
  35. 这项技术将生物墨水
    载入打印机,
  36. 然后将它挤入
    打印头上的柱状喷嘴。
  37. 墨水会从喷嘴挤出,喷嘴的直径
    一般不会超过 400 微米,
  38. 可以挤出连续不断的线丝,
  39. 厚度和人的指甲差不多。
  40. 计算机图像或档案

  41. 会引导线丝布局在平面,
  42. 或是辅助固定结构的液槽里
    直到其稳定。
  43. 打印机的速度很快,
    一次一线的制造出一个半月板,
  44. 只要半小时。
  45. 打印完成后,
    有些生物墨水会立即变硬;

  46. 有些则需要紫外线,
    或额外的化学或物理加工
  47. 来稳定结构。
  48. 如果打印过程顺利的话,
  49. 人造组织里的细胞
  50. 会开始表现得
    和真实组织里的细胞一样:
  51. 互相发出信号、
    交换养分以及分裂繁殖。
  52. 我们已经能够打印出
    像半月板这样相对简单的结构,

  53. 也已经成功植入过
    生物打印的膀胱,
  54. 打印出来的组织还成功
    促进了老鼠脸部神经再造。
  55. 研究人员已经创造出
    人造肺组织、皮肤及软骨,
  56. 还有微缩版、半功能性的
    肾、肝和心脏。
  57. 然而,复制主要器官
    复杂的生化环境
  58. 是一项严峻的挑战。
  59. 挤压式生物打印可能会破坏
  60. 墨水里很大一部分的细胞,
    如果喷头太小
  61. 或打印压力太高。
  62. 其中一项最艰巨的挑战,
  63. 是如何为一个原尺寸的器官里
    所有的细胞供给氧气和营养。
  64. 这就是为什么到目前为止,
    最成功的案例
  65. 都是平坦或空心的结构,
  66. 这也是为什么
    研究人员正积极研发
  67. 将血管纳入生物打印中的方法。
  68. 生物打印具有极大的潜能,

  69. 它可以用来拯救生命,
  70. 以及提高我们对器官运作的了解。
  71. 这项科技开启了
    一系列的可能性,
  72. 像是用嵌入式电子产品
    打印组织。
  73. 在未来,我们是否能够设计出
    超越现在人类能力的器官,
  74. 或是赋予人们特殊功能,
    例如不可燃的皮肤?
  75. 打印及更换器官
    能延长人类寿命多久?
  76. 什么人,什么领域
  77. 有权使用这项科技
    和其惊人的成果?