大脑打印：为什么器官再造列入先导A类计划丨第271位造就者：吴成铁
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造就第271位讲者 吴成铁
中科院上海硅酸盐研究所研究员、博士生导师
中组部青年千人、中科院百人计划
德国洪堡学者
大家可能都读过《封神演义》吧。里面有一个叫哪吒的人物，当哪吒失去肉身后，他的师傅太乙真人就用莲花和莲藕再造了他的肉体。
莲藕是一种非常精致的天然多孔结构，这个多孔结构可以与外界进行二氧化碳、氧气的交换，吸收所需的养分，长成莲藕。这就是大自然制造的产物。
再看我们的人体。人体的骨骼当中也有多孔结构。多孔管道结构的作用是什么？就像莲藕的多孔结构一样，它可以吸收细胞、长进血管。
大家都知道，我们人体大部分的组织和器官都与血管相关，因为血管为我们传输了大量的养分。
既然太乙真人可以用莲藕造人，那么我们科学家能不能用莲藕再造器官呢？
我的学生读了《封神演义》后受到启发，用3D打印把“莲藕”器官造出来了。
他当然不是真正用的莲藕做材料，而是用我们实验室里具有生物活性的材料。
人体的生命组织是由细胞组成的，细胞对构建我们的组织和器官非常重要。
图中“莲藕”里的绿色都代表细胞，大家可以看到细胞很好地沿着莲藕的孔道朝里面生长。
这有什么好处呢？
细胞在这种材料作用下，可以诱导分化，形成骨组织和血管组织。此外，我们还可以很好地控制它。
比如说我一根莲藕孔道，细胞就朝这一根的管道里面生长。如果两根孔道，就有双倍的细胞，相应的，三个孔道就有三倍，四个孔道有四倍。人体再造速度的快慢与细胞的多少与分化速率都有很大关系。
我们再观察“莲藕”植入到动物体内后的变化。
你可以看到，没有莲藕孔道的再造器官，只有外缘红色那部分是一点点新生的骨组织。而中间那个有一个莲藕孔道的再造器官，有少量的骨组织。
当我们的莲藕孔道达到三个的时候，你可以看到中间有大量新长出来的骨头，而且莲藕植入的材料的边缘变薄了，这说明植入材料已经被我们人体吸收了，然后长出新的骨头来了。
大家要问我了：吴老师，为什么能长出骨头来？你是科学家，总得研究点机理吧。我们进一步研究了这个机理。我们发现，孔道里面不光长了骨头，还诱导了大量的新生血管。正是有了这些血管携带了我们人体的营养生长因子，才会有大量的新生骨长出来。
一个人的骨头一生会面临很多缺损的风险。比如遭遇车祸，或是随着年龄增长患上骨质增生、骨性关节炎等退行性疾病，很容易骨折。一旦骨折，常规的做法就是拉到医院用钢钉打一个钢板。
问题在于过一段时间后，这个钢钉松动了，钢板脱落了，骨头又碎了，怎么办？再拉到医院去折腾一番？
每一个人的骨头缺损都不一样，大小不均一，尺寸和形状都不一样。如果我们要用传统的减材制造的方法来实现，那是泥瓦匠或一些工厂做的事情，做出来的东西是标准化的。
但每个人的需求是多样化的，这时候3D打印就有好处了。
3D打印不仅可以打出跟这个缺损完全一模一样的支架，填到缺损当中，而且这个材料还是可降解的，能够被我们人体所吸收掉。
不像钢钉、钢板，放到身体里去，等几十年过后我们骨头坏了，还得把它取出来，如果钢钉在里面脱落，会导致免疫排斥反应。
所以完美的模式是，首先我们通过类“莲藕”的模式来解决生物材料的活性问题，然后是用3D打印解决定制问题。这两者完美地结合在一起，就是器官再造。
我们大家都知道，中国乃至全世界，越来越多的人患有肿瘤疾病。人最容易得骨肿瘤。为什么？因为到一定时候，其它肿瘤比如说乳腺癌、皮肤癌等等都会很容易地转移成骨肿瘤，因为骨头里面有很多骨髓细胞、干细胞。
那么临床上怎么来治疗骨肿瘤呢？我们的医生很多是凭经验，并非经验没有科学道理，而是根据经验做出来的东西往往取决于命运的好坏。
为什么这么讲？当外科医生切掉肿瘤时，肿瘤往往是会有很多有残留的。那么，当我们选择器械或者金属修复骨头的缺损时，器械本身是没有抗肿瘤功能的。而残留的肿瘤细胞可能会二次复发再长出骨肿瘤。
这时候怎么办？通常医生会给你化疗，可是化疗的副作用大家都知道，做多了会掉头发、掉皮肤等等。
所以我们在想，3D打印能不能解决这个问题？能不能将修复功能与治疗肿瘤的功能结合起来？
大家都知道，石墨烯是前几年得到诺贝尔奖的。我们将石墨烯和3D打印结合，通过光热抗肿瘤。大家可以看出右边图中的第二只老鼠，经过两周后的治疗，很好地治疗了肿瘤。
可以想像，未来有一天，人体器官可以被打印出来的状况。一个外科手术专家看病，旁边摆着一台打印机。就像我们办公室里必备打印机一样。我们需要肾脏，就打一个肾脏；需要一个心脏，就打一个心脏；需要骨骼，医生边打边用。
这是我们美好的设想。
当然不是凭空而言，因为我们现在可以打印骨头、牙齿，还有皮肤。
以后更复杂的是什么呢？是我们的大脑。
这个项目已经列入国家十三五的重点研发计划。这是全世界共同的难题，很难。我们国家已经开始做这个项目。
中科院去年已经启动了先导A类计划，就是器官再造。
我们是否可以打一个大脑出来？这是我们的终极奋斗目标。
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你愿意换一个3D打印的心脏吗？
编辑丨Liz
文字丨汉岚
校对丨其奇、LUSEN