近日，国际顶尖期刊《Science》在线刊登了一项具有里程碑意义的研究。美国莱斯大学和华盛顿大学的科学家们利用3D打印技术，生成一个模拟肺功能的气囊，它可以像肺部一样，向周围的血管输送氧气。这项功能看似简单，却曾是阻碍3D打印器官发展最大的障碍。

　　该研究是由莱斯大学、华盛顿大学、威斯康星大学、杜克大学、罗文大学等研究机构的多位科学家们联合研究而成，一旦投入到临床应用中，将有望为器官移植格局带来革命性的变化。凭借其重要性，该研究也荣登本期《科学》杂志封面。

　　“在制造具有功能的组织替代品时，我们面临的一大拦路虎就是无法打印那些为组织输送营养的血管，”本研究的通讯作者之一Jordan Miller教授说道：“此外，人体内的器官还有独立的管道系统，比如肺部同时拥有气道和血管，肝脏则同时拥有胆管和血管。这些互相交织的管道网络在生理和生化上相互联系，其结构与其组织功能息息相关。”如何在3D打印器官的过程中兼顾多种不同的管道系统，便成为了科学家们的研究重点。

整个打印的“肺部”还没有一枚硬币大

　　为了解决这一问题，这支团队使用了一种全新的3D打印技术。首先，按照电脑设计，他们会将一个三维的复杂结构分解为多层二维打印的蓝图；其次，他们使用一种液体的水凝胶溶液按蓝图进行打印，并通过特殊的蓝光将其逐层固化。这样一层一层堆积起来，就有了一个三维的凝胶结构。研究人员们称，这些打印出的结构性质柔软，生物可兼容，且内部有着精细的结构（分辨率达10-50微米）。更关键的是，在短短几分钟内，我们就可以完成打印。

　　顺便说一个有趣的插曲。为了让凝胶能够有效吸收蓝光，方便固化，研究人员们尝试了多种方法。最终，他们的选择是一种食用色素……这来自于一名研究生的脑洞。

研究示图

　　在多种模型里，研究人员们验证了这一3D打印系统的可行性。他们发现，这一打印的“血管结构”本身具有足够的硬度，不会因为血液流动而破裂。此外，它也能承受对吸气和呼气的模拟。在测试中，研究人员们欣喜地发现，当红细胞从这一系统打印出的“血管”中流过时，能够有效从呼吸的“肺部”中获取氧气，这与肺泡附近的氧气交换如出一辙。

　　在打印的肝脏组织中，研究人员们植入了原代肝细胞，并将它们放入了带有慢性肝损伤的小鼠体内。研究表明，这些肝细胞也能在体内生存，表明打造的血管能有效为这些细胞输送养分。

研究示图

　　“由于现有的瓶颈，组织工程在我们这一代人里进展甚微，”本研究的另一名通讯作者Kelly Stevens教授说道：“这项工作能让我们更好地了解，如果打印的组织能像健康组织一样‘呼吸’，它们在功能上是否也会更接近健康组织。这是一个重要的问题。生物打印的组织能多有效，直接影响了它能否成功成为一种疗法。”

研究示图

　　《科学》杂志的专文介绍中，直接将打印出的迷你器官称为“小型奇迹”。为了便于全球各地的科学家们使用这一技术，研究人员们决定将这一研究“开源”，免费分享。他们期待，在这一技术的帮助下，人们能对3D打印器官产生更多理解，最终促进“人造器官”的加速上市，造福广大需要器官移植的患者。

　　目前生物3D打印技术研究的重要目标就是通过增材制造技术和再生医学技术实现组织、器官的人工培养，最终解决移植器官供体短缺的问题。然而，生物3D打印器官技术仍存在很多需要解决的难题，主要包括：材料、血管形成与法规。这三大因素是目前阻碍3D打印人工器官成为一种现实的临床治疗技术的主要障碍。但在《Science》刊登的这项新研究，正好有效地解决了目前3D器官打印的最大难题，为实现3D打印器官血管形成方面迈进了一步。