关注科技的朋友们对3D打印的概念一定不陌生。自这个概念问世以来，3D打印技术逐渐在医学中得到了越来越广泛的应用。先前，美国密歇根大学(University of Michigan)的医生们就曾3D打印了一个支架，撑开了一名婴儿的气管，从而挽救了他的生命。今日，西北大学(Northwestern University)的一支团队更是利用3D打印技术，制作出了一款里程碑式的人工卵巢，登上了诸多科技网站的主页。
这款3D打印卵巢的特别之处在于，它在小鼠的体内非但没有造成不良影响，还能正常工作。多只移植入这款人工卵巢的小鼠也成功当上了妈。这项在科技网站刷屏的研究今日在线发表在了《自然》子刊《Nature Communications》上。
▲本次3D打印的卵巢对生物医学来说有里程碑的意义(图片来源：WIRED)
对于女性来说，卵巢是不可或缺的生殖器官。然而在某些情况下，遗传变异、卵巢疾病、或是放疗化疗会给卵巢带来不可逆转的影响，破坏它们的功能。这不但让许多人“成为母亲”的梦想破灭，更会让这些女性的激素分泌出现紊乱。因此，如果能利用先进的医学技术制造出有正常功能的人工卵巢，就能极大地改善这些女性的生活质量。
这正是西北大学的著名科学家Teresa Woodruff教授想要做的。这名研究的共同资深作者指出，卵巢内充满了卵泡，它们是一群还没有发育成熟的卵子，被分泌激素的细胞包围。而“卵巢的作用是引导这些卵泡逐渐变成熟，并每月生成卵子。”因此，如果想要制造人工卵巢，首先就要模拟好卵巢与卵泡之间相互依存的结构。
▲本研究的主要负责人之一Teresa Woodruff教授(图片来源：西北大学)
去年，这群研究人员利用化学试剂，移除了人类卵巢中的卵泡、血管、以及其他组织，仅留下一个由胶原组成的复杂支架。在显微镜下，研究人员发现，这个支架结构互相交织，组成了一个个小格。“这就好像人类的骨骼在体内支撑起我们的血肉一样，” Woodruff教授说：“每一个器官都有一个细胞外的基质。它们由坚硬的材料组成，就好象是脚手架。”
如果能打印出这个支架，我们或许就能制作出卵巢的基本结构。
这里要提一下3D打印的原理。它就好像普通的打印机一样，一般需要液态的“墨水”。与众不同的是，这些“墨水”在空气中会逐渐固化，形成坚硬的结构。对于打印生物器官来说，也同样如此——研究人员需要找到一种具有生物相容性的材料，在液体的情况下将它打印出，并让它们逐渐形成固体结构。这不是一件轻松的活。
▲3D打印出的卵巢支架堪称艺术(图片来源：《Nature Communications》)
一名充满天赋的博士生解决了这个问题。她使用的是明胶(gelatin)，即一种在很多动物卵巢内都很常见的天然胶原。随后，她摸索发现，30度左右是最适合打印的温度。如果温度太高，打出来的结构还没凝固，就会在重力的作用下出现下垂。如果温度太低，明胶还没跑到正确的位置，就会凝结成团。这些发现一举攻破了人工卵巢3D打印的难题。
于是，研究人员制作出了人工卵巢支架的原型——在1.5厘米见方的空间上，研究人员“织”出了多种支撑卵巢的支架，它们的密度各有不同。随后，他们在其中放入了小鼠的卵泡，观察它们的生长情况。实验发现，卵泡在那些“织”得越密的结构中生长得越好，并能在体外存活长达8天。这也许是因为它们能得到更好的结构支持。
▲卵泡在3D打印出的支架中生长良好(图片来源：西北大学)
在体外实验取得了理想的结果后，研究人员转向了体内实验。他们在3D打印的卵巢支架上留出了一批2毫米大小的小孔，并在每个小孔中植入了一个卵泡。这样，一个人工制造的卵巢就形成了。随后，他们将这些人工卵巢移植入了7只卵巢被移除的小鼠中，观察人工卵巢在生物体中的实际表现。
在焦急的等待中，研究人员先观察到了一个积极的现象——在小鼠体内，血管逐渐渗透进了这些3D打印的卵巢。这对整个实验的意义重大。血管为这些卵泡提供了氧气与营养物质，并能将它们产生的激素通过血液循环带到全身。这些现象也暗示着这些3D打印的卵巢有望行使天然卵巢的功能。
果不其然!这些小鼠先是出现了排卵周期，又有3只小鼠在交配后顺利产下了后代。这些新出生的小鼠一切正常，甚至自己都当上了爹妈。研究人员观察了好几代小鼠的情况，结果堪称完美。他们也因此确认人工卵巢没有对小鼠带来任何明显的副作用。
▲这些植入3D打印卵巢的小鼠，顺利产下了后代(图片来源：techcrunch)
兴奋之余，Woodruff教授已经将目光投向了远方。她说，团队的下一步计划是在制作在猪里也能正常工作的卵巢。由于猪的器官与人的器官尺寸接近，生理周期也相似，这有望推动这项技术最终应用于人体。更关键的是，这项研究使用的明胶是FDA批准的材料，这也会加速它的开发与审批。
卵巢是一种复杂的器官，它不但与大脑通过激素相联系，其生理周期还会定期影响一次血管。本项研究的成功也让科学家们攻克其他器官的3D打印任务信心满满。未来，更多通过3D打印的器官或将问世，造福那些需要进行器官移植的患者。
参考资料
[1] A bioprosthetic ovary created using 3D printed microporous scaffolds restores ovarian function in sterilized mice
[2] Scientists 3D-printed ovaries and made mouse babies
[3] 3D-printed ovaries restore fertility in mice
[4] Scientists 3-D Print Mouse Ovaries That Actually Make Babies
