【防务动态】美海军研究实验室3D生物打印技术进展
据美国防部网站2015年12月17日报道】近期，美海军研究实验室的布拉德利•林根森（Ringeisen）因为其在3D细胞打印方面的突破性成就，当选为美国防部2015年第四季度的“季度科学家”。美国防部的博客网站“用科学来武装”于12月17日刊登了对林根森博士的专访。林根森博士从事相关工作已经有15年，他目前是海军研究实验室化学部生物能与生物制造部门的主管。
3D打印又称增材制造，是工程、制造、艺术、医学等领域的一门新兴技术。3D生物打印可以打印具有生物兼容性的材料、细胞、或活组织内的支持结构。生物打印具有广泛的应用前景，包括发现新抗生素，提高生物燃料产出，以及长远来说，打印人工3D器官以及组织，不过林根森推测这大概要到20-25年以后。
目前世界上有好几种研发中的生物打印机，林根森负责的海军研究实验室的激光生物打印机（BioLP）可能是世界上功能最多的生物打印机。它的独特之处在于它不使用传统的微管或毛细管的打印头，因此BioLP不会发生凝结，它可以打印广泛的材料：除了水基的细胞墨水之外，也可以打印胶体或者土壤/沉积物。
BioLP能创建精确的微观特征，因此可以模拟一些天然组织中的微结构。林根森团队的另一个工作成绩是“生物纸”的研发，“生物纸”是一种细胞打印的活性基质，它稳定、易于打印、生物可降解、能被重叠形成3D模拟。“生物纸”选用的材质可以模拟软组织和硬组织的性能。研究中使用BioLP将人脐静脉内皮细胞打印到该“生物纸”上，可以观察到细胞管化、聚集并形成线样网络。
目前海军研究实验室完成的打印成就包括：打印微尺度分辨率的血管样模式，创建了空气/肺以及血脑屏障组织模拟，打印了协助脊髓神经元再生的替代细胞的三维高速通道。
国防部的3D打印在组织替换方面的应用可以分为长期应用和短期应用。长期应用包括用于伤口修复、预防或治疗战争受伤，例如创伤性脑损伤（TBI）、辐射暴露、耳鸣或听力丧失、创伤引起的骨关节炎、皮肤灼伤等。短期应用包括在体外（芯片上）打印组织。尤其是人体“芯片上的器官”可以与目前的2D细胞培养、动物研究、临床试验平行使用，来研究新的药物靶点，或根据药物毒性与药效来筛查备选药物，特别是一些临床试验不可行的生物危害药品。2015年，美国防部建立了3D生物打印同盟，林根森负责在海军研究实验室与国防医科大学（USUHS）和沃尔特里德的国家军事医疗中心（WRNMMC）间建立联系，开展3D生物打印在创伤性脑损伤（TBI）、辐射暴露、以及换肤疗法上的临床合作。
BioLP进行的另一项重要工作是土壤打印。这种固体打印具有像素大小的分辨率且不发生凝结，非常适宜加工固态的、复杂环境中取样的泥土和沉积物。高分辨率（小像素点）内在地降低了土壤的复杂性：实验样本量小，自然地降低了样本中微生物的数量和种类。这造就一种高密度、快速生长的微生物缺失的环境，使那些罕见的、未被发现的微生物获得生长的机会。土壤打印是第一次这样的尝试，它保留了空间微生物组织（邻近物种）的完整性。
仅2015年一年，林根森的团队就从土壤及沉积物中分离出了一千多种微生物培养液，生物打印使得大规模地分离这些土壤和沉积物样本并测试培养液变得简单迅速。团队希望借助这一技术，发现一些新的重要微生物或酶，可以用在碳封存，新抗生素发现，生物燃料生产，生物降解石油、聚合物、或涂层等技术上。研究人员现在刚开始鉴别那些微生物，并已经发现其中一些具有抗微生物属性或还原金属的属性，他们也测试微生物的固氮和固碳的能力。林根森认为上述能力都是海军所渴望的，虽然目前的投资有一些冒险，但一旦成功，回报相当丰厚；研究人员在取样的时候也特别考虑了哪些环境可能最具备期望的特征。
（来源：中国国防科技信息中心，作者：王晓宇 杜彦昌）
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