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2021/03/16
由3D列印打造的生物器官，你能想像嗎？〈下〉
上一集為你講解了3D生物列印的發展進程，以及關於3D列印主要器官的發展現況，來到最後一集，再為你敘述幾個同樣重要的人體器官，將在3D生物列印中有何發展進程？
眼角膜
紐卡斯爾大學的科學家站在了3D生物列印眼角膜移植的最前端。(資料來源︰Elizabeth Montalbano via Plastics Today)
眼角膜是眼睛最外層的透明層，它幫助我們聚焦視力，以及保護眼睛免受環境影響的重要器官，世界上有數以百萬計的人們，因疾病或疤痕而患上眼角膜失明，這往往需要進行眼角膜移植。2018年，紐卡斯爾大學的科學家首次實現了3D列印人類眼角膜，通過將幹細胞與藻酸鹽和膠原蛋白相結合，創造了一種獨特的生物墨水，可在10分鐘內擠出圓圈形，並形成眼角膜的形狀。
雖然紐卡斯爾大學的項目是一個概念性的驗證項目，但土耳其馬爾馬拉大學的一個研究團隊，實際上已經製作了一個可能適合移植的項目，這篇題為《用於角膜基質移植的3D列印人工眼角膜》的論文發表於2020年6月，顯示出3D列印眼角膜的遠大前景。列印過程依賴於鋁製模具，其PVA材料則由類似FDM的3D生物列印機的沉積，而其生物墨水材料在初步的試驗中，表現出良好的生物相容性，並通過特殊的電子顯微鏡和紫外光光譜儀，驗證了眼角膜的光學性能。
骨骼
支架的結構必須是多孔的，最好能隨時間的推移被人體吸收(資料來源︰Ians via The Indian Express)
骨骼是人體的主要結構成分，人們可能因意外或疾病而導致骨折，甚至完全喪失骨骼，與人工矯形器相比，植骨是最佳的解決方法，但遺憾的是，植骨與大多數移植所需的器官一樣，存在著稀缺性的問題。3D列印矯形器的領域非常廣泛，也許金屬3D列印是最受歡迎的「真人」應用之一，在2018年不僅生產了超過10萬個臀部杯植入物，還植入了真實患者的體內，所謂的Delta-TT杯，是通過電子束熔化(EBM)這種添加劑製造技術，以鈦合金為原料所生產的。然而，對於骨骼生物列印來說，它的進展就有點慢了。雖然傳統的生物列印技術以使用人類細胞作為原料，但骨骼生物列印通常涉及創建支架結構，身體終將在此基礎上建立骨骼——這是2019年，英國東安格利亞大學的科學家與動物健康信托基金合作的成果，不過，對於這個支架項目，其研究對象是活生生的馬匹。
今年，荷蘭代爾夫特理工大學生物力學工程系的研究人員在使用可生物降解的純鎂進行支架3D列印中，展示了寶貴的發現，這種材料是骨支架的最佳選擇，因為它與天然骨骼有著相似的力學性能，還能刺激其形成。
皮膚
3D生物列印血管化皮膚組織(資料來源︰Rensselaer Polytechnic Institute via SciTechDaily)
皮膚是人體中最大的器官，也是生物列印的目標，因為皮膚很容易受到多種傷害，尤其對於燒傷或中毒等嚴重的皮膚損傷，最好的治療方法就是移植，但在這種情況下，都是以患者自己作為移植皮膚的供體——從身體的其他部位移植健康的皮膚至損傷的部位。遺憾的是，這種技術只對相對較小的受損區域才可行，這就是為什麼皮膚生物列印有那麼多的發展和令人感興趣的空間，其想法是利用患者自身的細胞去製作皮膚的斑塊，從而提供與接受者100%兼容的移植物來源。
2019年，紐約倫斯勒理工學院的研究人員已能3D列印出帶有血管的「活皮膚」貼片，這是一個關鍵的里程碑，因為到目前為止，每個生物列印的皮膚都缺乏血管功能，而下一步，是要開發一種方法，在微觀層面上將血管從貼片整合到患者自己的皮膚上。另一方面，澳大利亞初創公司Inventia Life Science一直在開發一種有可能直接將皮膚3D列印到患者傷口上的設備，使用與噴墨列印相同的原理，其皮膚細胞將以微小液滴的形式沉積。Inventia是生物技術產業的知名企業，最近在3D列印皮膚的項目上，獲得了巨額投資。
卵巢
一塊小鼠卵巢的支架結構(資料來源︰Ian Sample via The Guardian)
卵巢是生育這一複雜生理過程的重要組成部分，美國每年有成千上萬的女性出現卵巢問題，從而導致不孕，而從自身免疫性疾病到化療等無關癌症的治療，其傷害大多是不可逆的。芝加哥西北大學的研究人員正全力研發一種可移植到女性體內的人工卵巢，以解決女性的不孕問題。2017年，Monica Laronda 領導的團隊利用生物列印技術，讓不孕的小鼠生下幼鼠。該團隊並沒有複製整個卵巢結構，而是開發了不同的3D列印支架結構，然後植入小鼠的體內，並讓其隨著時間的推移而成長。事實證明，有些結構相當有效——在與人工卵巢交配的7隻小鼠中，有3隻最終產下了健康的幼鼠，並成長為一般的成年小鼠。
2020年，來自西北大學的同一個團隊從豬卵巢中發現了結構蛋白，這些結構蛋白幾乎與人類中發現的蛋白質類型相同。根據Laronda的說法，其目標是利用這些蛋白質來設計一個生物3D列印支架，以此支援潛在的卵子和生產激素的細胞庫。
耳朵
WFIRM的3D列印活體耳朵和肌肉植入物，在動物試驗中獲得成功(資料來源︰Maggie Fox via NBC News)
耳朵不僅是人體的功能性部位，還能提供一定的美感。重建手術是一個醫學領域，旨在恢復功能和正常的外觀——由先天缺陷、外傷和醫療條件造成的異常或畸形。而鼻子和耳朵的結構複雜，重建起來是非常困難的，特別是在完全被破壞的情況下。然而，創建複雜的結構是3D列印的獨特功能之一。2016年，WFIRM的研究人員成功地將3D列印的活耳朵和肌肉結構植入動物體內，這種主要作為結構功能的部件，而非執行化學相互作用，完全簡化了生物列印的過程。
進入2019年的時候，澳大利亞臥龍崗大學的一個團隊與Payal Mukherjee教授一起開發出一種3D生物列印機，能夠生產用於重建手術的人類耳朵，所謂的「3D Alek」列印機所使用的是人類軟骨材料，目前安裝在悉尼的皇家阿爾弗雷德親王醫院，其目標是加快開發針對患者的生物墨水材料，用以種植軟骨材料。
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