重返青春 3D打印让生命有更多可能

无生命的身体器官替代制作，是3D打印在医疗领域中进展较快者。DIGITIMES摄

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3D打印在医学领域的发展相当快速，尤其是不具生命的身体部件替代，至于器官打印，现在各学术机构也纷纷展开研究，并已获致一定成果。

3D打印技术发明已久，近年来由于专利过期，加上电脑设计软件技术的精进，其发展不断加速，3D打印在发展初期，多以一般材质如金属、塑胶所制成的产品为主，产品种类也多为一般生活用品，不过近年来其应用已大幅拓展，尤其在医疗生技方面，3D打印的发展速度完全不逊于工业产品。

3D打印在医疗生技的应用已有数年，同时部分欧美地区已有相当可观的成绩，在2011年的TED大会中，美国Wake Forest大学研究员Anthony Atala引起骚动，与会者都误以为她要在会场中以3D打印制造出一颗真实的人类肾脏，虽然随后证实3D打印的并非真实肾脏，而是具备过滤血液与稀释尿液功能的类肾脏组织，不过Anthony Atala的展示，仍开启与会者的视野，在此之后，医学界发现以此技术打印人体各部位可能性不低，虽然与实用化仍有一段距离，但起码已然开始。

替代性身体部件发展迅速

虽然身体的重要器官打印目前仍在起步阶段，不过部分可替代性的身体部位如牙冠、关节、假肢、助听器等，其商用模式已然开始，这些身体部位的再植入，在现今医学领域履见不鲜，不过由于每位病患的身体形状不同，因此往往其人工替代部件都以人工方式设计与磨整，以期能与其他身体部位完美嵌合，而全人工手作的价格也就理所当然的昂贵，3D打印的出现，就可解决此部分问题。

以价格较低的助听器为例，助听器的设计必须配合耳型调整，3D打印在此部分涉入已深，目前全球以此方式制造的助听器已超过千万，另一个获得成功的则是牙齿矫正器，3D打印的透明抛弃式塑胶矫正器，已接近75万个。

这些可以替代的身体部件有几个共同特色，包括数量少、样式多，因此无法使用大批量制造，也因此人工制造成为过去的唯一作法，3D打印的问世适时填补了此一需求，3D打印在部分的作业模式，是先扫描身体需要替代部件的部位，再将扫描数据连结到后端数据库，在数据库中比对出形状最类似的部件，再随之调整修正出完美形状，最后再将完整的设计档输入3D打印机中，选择橡胶、塑胶、陶瓷、金属等材质进行打印。

目前身体部位的3D打印已单一材质为主，像是上述的金属、塑胶等，复合是材质的制作仍未出现，主要原因在于目前3D打印的技术局限，不过就应用现况来看，已足敷其使用。

就案例来说，3D打印在人体部位的最成功应用是2012年的手术，当年一只外科医疗团队为1位83岁患有口腔癌妇女进行手术，该团队先扫描病患的下颚形状，再由专注于医疗3D打印的比利时LayerWise公司，以雷射融化3千层精密排列的钛粉，制作出形状，最后在用另一工法在此一人工颚骨镀上陶瓷，此一颚骨经由电脑演算法设计出数千个不规则凹槽与空洞，透过这些凹槽与空洞，该金属颚骨可与病患口腔的肌肉、血管、神经完美贴合，完全融入身体，手术相当成功，在手术完成后，此一病患即可讲话并且喝汤。

生物打印研究多元展开

替代性身体部位外，目前医学领域的3D打印终极目标还是前面提到的现有器官取代，要进行这类「生物打印」，必须以先打印干细胞，在经过精确的配置使其生成活体组织，由于干细胞是人体的原始组成部分，是身体部位生长的主力，由于干细胞具有非专属性，不专属于人体单一器官，因此作为人体器官的培植相当适合。

在这部分目前已有部分动物实验的成功案例，像是Columbia大学Jeremy Mao教授以3D打印出实验兔的臀骨并接种干细胞，其作法是先分离出实验兔的臀骨并扫描，再将扫描档转化为3D打印的设计档，打印出臀骨后，将干细胞植入骨中，再移植入实验兔，4个月后，所有实验兔都可行走自如，Columbia大学的研究团队设计了带有细小而弯曲的微通道置换骨，用以促使干细胞延伸到植入物的表面，加速实验兔的骨骼癒合。

另外Washington State大学也用了与Columbia大学团队类似的作法，他们采用磷酸钙、矽、锌粉制成喷雾材质，再以3D打印骨骼，细微的雾滴形成约20微米后的薄层，研究人员在打印的骨头喷上不成熟的人骨细胞，藉由此方式，不成熟的骨细胞得以在新环境中成长，最终长成成熟的活性骨骼组织。

虽然「生物打印」医学领域的研究已快速展开，随着日渐多元的发展，「生物打印」将有更多作法，目前较有代表性的是「活体墨水」，也就是使用内部悬浮着活细胞的可打印凝胶，当活细胞被推压至打印喷射头时，此一特殊水凝胶会成为保护活细胞的结构，一旦活体墨水被打印至合适处，活细胞会分泌出一种物质进入凝胶，从而形成一种支撑的母体，而随着活细胞的持续成长，母体会发展为软骨或类似的组织。

这种方式有点像把蔬菜种在菜园中合适的位置，使其得到最理想的光照，不过人类在这方面的研究仍未成熟，细胞的分布位置仍无法达到最适化，在这方面自然界的力量仍远超过人类与电脑。

「活体墨水」3D打印软组织的主要优点，是打印机可已将细胞喷射成精确的图案与形状，尤其采用多喷射头的打印机，每个喷射头都可填充不同类型的细胞，透过多材料的3D打印技术，让实验可更趋近于自然的复杂形状、内部结构与细胞多样性。

除了将细胞放在正确的位置外，活体墨水的另一个挑战是确保细胞能长成正确的形状，细胞位置与组织形状是器官功能能否正常运作的关键，在生物打印中，两者必须并重，而组织形状的正确与否，必须仰赖生长因子，因此活体墨水也需加入生长因子，以确保打印后的组织形状，以心脏为例，心脏组织要求高细胞密度以确保可有规律的跳动，但若植入人造心脏组织支架上的细胞没有紧密相连，心跳将会不规则。

器官运作仍有未解之谜

正确的位置与组织形状是器官打印的2项要点，不过器官要正常运作还有一项最基本的要点－「启动」，人类可将器官做成正确的样子后再摆在对的位置，但是没有人知道如何正确的启动种子细胞，目前这部分仍只能靠天意，人类仍无能为力。

就目前发展来看，3D打印在医学领域应用的速度相当两极，不具生物功能的替代性人体部件，其进展相当快速，目前已有多起成功案例，放眼未来，普及已成必然，至于器官打印，虽也有进展，不过仍有长路要走，在人体器官领域，自然界仍有太多未解之谜，在未知之谜尚未尽解之前，器官打印普及仍然是长路漫漫。