兩位來自斯坦福大學(xué)的研究人員Lynn Rothschild和Diana Gentry長(zhǎng)期專注于3D打印技術(shù)的研究，目前希望通過一小塊生物細(xì)胞來制造出更大體積的生物材料，比如木材和牙釉質(zhì)。權(quán)威人士認(rèn)為，這種3D生物打印有著巨大的潛力，未來甚至有可能被廣泛用于使用特定工程細(xì)胞去制造食物和人體組織。Rothschild和Gentry認(rèn)為，這些在實(shí)驗(yàn)室中制造的所謂“合成生物材料”不僅可以幫助醫(yī)生和火星宇航員，還能改變用戶制造并使用木板等傳統(tǒng)材料的方式。

       Lynn Rothschild

     Diana Gentry

   在去年10月份兩人接受了來自NASA“創(chuàng)新先進(jìn)概念項(xiàng)目”的10萬美元投資用來進(jìn)行自己的研究。她們最終證實(shí)了一種能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞排列的3D打印工藝，最終生成非活性的結(jié)構(gòu)化生物材料，例如木材、骨骼中的礦物元素，以及牙釉質(zhì)。她們正在建設(shè)一個(gè)天然細(xì)胞的數(shù)據(jù)庫(kù)，改進(jìn)選擇細(xì)胞去生成材料的工程工藝，并開發(fā)硬件用于這種3D打印。簡(jiǎn)單的說，未來3D打印機(jī)將很快成為硬件商店，肉鋪甚至是牙科診所。

   “細(xì)胞組成了世界上的大量產(chǎn)品，包括羊毛、絲綢、橡膠和纖維素等，更不要說肉類和植物產(chǎn)品，以及我們每天食用的食物。” Rothschild表示，“許多這些產(chǎn)品都是由細(xì)胞組成，因此在前往火星時(shí)，你將不再需要奶牛、綿羊，甚至蠶和樹。你可能希望絲綢或木材有著較好的外觀。因此，與其使用完全有機(jī)的方式去制造，為什么不試試使用非常精密的方式去實(shí)現(xiàn)？這或許是在地球上進(jìn)行制造的更好的方式，即打印細(xì)胞陣列去構(gòu)成這些產(chǎn)品。”

    Rothschild和Gentry的設(shè)備與使用基本3D打印機(jī)打印產(chǎn)品不同。她們將3D打印作為一種技術(shù)手段。在她們的環(huán)境中，細(xì)胞被放置在帶某種化學(xué)信號(hào)的凝膠里，并通過壓電打印頭來排列細(xì)胞，從而構(gòu)成基于凝膠的3D模式。

    之前，舊金山的一家名為Organovo的公司已經(jīng)可以通過較低分辨率的打印來制造活體組織，供醫(yī)學(xué)研究和疾病治療使用。而另一家Modern Meadow公司則同時(shí)開發(fā)出了一種新工藝，可以使用3D打印技術(shù)去打印皮革和可食用的肉類。另外美國(guó)康奈爾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在2013年同樣對(duì)外展示了通過3D打印技術(shù)制造的合成耳朵。看來全球各地3D打印活體細(xì)胞組織的趨勢(shì)已經(jīng)變得越來越明顯。

    生物技術(shù)分析師Andrew Hessel表示，3D生物打印的興起是一個(gè)“前景廣闊的領(lǐng)域”，許多研究人員“正同時(shí)關(guān)注這一領(lǐng)域的不同方面”。不過這些研究也帶來了爭(zhēng)議。市場(chǎng)研究公司Gartner近期預(yù)計(jì)，使用3D打印來制造活體組織和器官將很快引發(fā)倫理學(xué)爭(zhēng)議。

    Hessel認(rèn)為，最復(fù)雜的3D生物打印研究需要用到細(xì)胞工程。例如，類似Organovo的公司并不對(duì)細(xì)胞本身進(jìn)行工程開發(fā)，而是在細(xì)胞生長(zhǎng)過程中對(duì)其進(jìn)行排列，從而構(gòu)成能發(fā)揮機(jī)能的組織。另一些團(tuán)隊(duì)則專注于尋找操縱打印模型的方式，從而以更快的速度、更低的成本來操縱細(xì)胞。

    加州大學(xué)圣迭戈分校納米工程系教授Chen Shaochen認(rèn)為，3D打印將對(duì)醫(yī)學(xué)界產(chǎn)生巨大影響。“3D打印并非用于大規(guī)模生產(chǎn)，例如制造計(jì)算機(jī)芯片。”他表示，“這種技術(shù)可以用于個(gè)性化的、針對(duì)特殊病人和消費(fèi)者的產(chǎn)品。因此我認(rèn)為這非常適合醫(yī)學(xué)，因?yàn)樗腥硕际遣煌?，所有疾病都是不同的?rdquo;

    不過，真正的3D生物打印到目前為止尚未成為現(xiàn)實(shí)。Hessel表示，研究人員正努力使用3D打印機(jī)大批量生產(chǎn)能發(fā)揮機(jī)能的生物材料。Gentry也表示，她團(tuán)隊(duì)面臨的一個(gè)最大挑戰(zhàn)在于，證明并擴(kuò)大實(shí)際生物材料的產(chǎn)量。

    不過Gentry對(duì)此非常樂觀。她認(rèn)為，他們的工作不僅通過3D打印制造結(jié)構(gòu)化生物材料，還能使這些材料變得更好。她預(yù)計(jì)未來將可以買到這樣的產(chǎn)品，例如采用碳纖維來加固的木材，或是安裝了納米銅線從而改變導(dǎo)電性能的木材。未來，她們希望可以打印出可以供全人類正常使用的3D打印活性細(xì)胞材料。