利用 3D 列印技術生出器官移植所需要的組織或器官，一直是再生醫學裡為人注目的方向，雖然我們在之前的報導就已提到，面對某些結構較複雜的器官，3D 列印還未到真正實用階段，不過這不代表 3D 列印對治病沒什麼用處。事實上，日本神戶大學一位醫師就拿著一顆來自真實肝臟的 3D 列印「影本」做研究，以便在真正手術前先做好規劃。
當成模型也可以
神戶大學大學院消化器內科特命講師杉本真樹，今年碰到了稍微「麻煩」一點的手術。病患是位需要肝臟移植的小朋友，捐贈者已經確認是他的父母親，但問題很快就出現了：大人的肝是沒有辦法直接塞進小朋友的體內，因為空間不足。
為了完成這個「削足適履」的任務，杉本利用捐贈者的 CT 與 MRI 造影資料，找廠商製作了一顆實物大小的肝臟。這顆肝臟不但形狀跟真的一樣，透過透明的材質，還可以看到內部血管等組織的位置，真正有用的地方是，杉本可以先從這個「影本」開始研究怎麼切割捐贈者的肝臟以配合病患的需要，他甚至可以在規劃完成後，直接在影本上下刀做最後的確認，都不會對真正的捐贈者有什麼影響。
▲杉本真樹正在利用3D列印器官規劃手術內容(圖片來源: 杉本真樹)
由此看來，3D 列印技術雖然還無法真正做出一顆可以用的肝臟，至少在手術準備階段已經發揮了作用，不只肝臟，其他臟器例如心臟、腎臟等也都可以比照辦理，在教學或研究方面也可能產生新的應用。也許將來 3D 列印成本降低後，負責任的醫師會拿著病患的肝臟到病房做術前說明，不但可以降低病患的疑慮，還可以增進醫病關係，有幽默感的病患說不定還會想請求把這個「影本」帶回家留念。
▲杉本真樹在TED發表演說
發展中的 3D 列印器官
心、腎這些內臟類的 3D 列印器官目前還沒有實際的應用方案，不過下面這些器官的腳步比較快一點，當然原因之一是，它們的構造較為簡單：
▲骨骼(圖片來源: Washington State University)
用陶瓷材料列印骨骼的支架，外包覆一層塑料黏著劑，用攝氏1,250 度高溫烘烤兩小時，再植入培養過的人類骨骼細胞，一天後即可使用。這種 3D 列印的骨骼有個很大的好處是，透過病患的 MRI 造影資料可以客製化骨骼的形狀，骨頭斷裂處可以完全密合。
▲皮膚(圖片來源: Wake Forest Institute For Regenerative Medicine)
儀器首先掃瞄皮膚受傷的部位，接著印表機噴頭射出凝血酶以及混合膠原細胞與纖維細胞的「墨水」。印表機要先列印纖維母細胞層，接著列印角質細胞層。3D列印皮膚可以免去傳統在大腿或臀部移植一片皮膚至患部，結果又造成另一個傷口的問題。未來這種皮膚列印設備還可「行動化」，隨時隨地皆可使用。
▲血管(圖片來源: University Of Pennsylvania)
賓夕凡尼亞大學與麻省理工學院利用開放源碼 RepRap 3D 印表機加上客製軟體試圖列印血管。他們先列印了以糖為材質的絲狀網路，外層包覆著取自玉米製造成的聚合物。接著他們注入含有組織細胞的凝膠物質到模子中，最後，他們用水沖洗掉糖份，就剩下了一個有中空管道的組織。研究者發現透過這種管道輸送營養可以提高周邊細胞存活的機會，這是3D列印其他器官的重要基礎。
運用 SolidWorks CAD 軟體，研究者將掃瞄來的兒童耳朵 3D 資料，設計成一個包含七個部位的模子，接著注入膠原細胞做為支架，以及牛軟骨細胞。15 分鐘後移除模子，經過三個月的細胞培養，軟骨組織已經可以完全替代膠原細胞。對於先天外耳畸形的兒童來說，外耳形狀異常會影響其聽力的發展，當然也會影響社交，置換外耳軟骨重建外形是一舉兩得的事。
(封面圖片來源: 杉本真樹)
延伸閱讀
- 醫學教育不再仰賴捐贈大體 3D列印可供解剖
- 3D列印細菌與大腦 這裡有設計圖
- 用豬心做心臟移植 跨出成功一大步
- 美國狂犬病案例：器官捐贈者與受贈者皆發病身亡
- 新科學怪人 死去心臟成功再生
- 群體配對入法 增加活體腎臟捐贈來源
相關資料
Next to Use 3-D Printing: Your Surgeon
5 Body Parts Scientists Can 3-D Print