>> 本期内容改编自湖南科技出版社的《迷人的技术》，本节目的播出已经获得了湖南科技出版社的授权，在此表示感谢。
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在正式开始今天的话题前，我想先说几句跟《流浪地球》有关的话。本来嘛，一个电影好不好看，完全是个人的一种主观体验，就好像一个菜好不好吃一样。宁波的炝蟹是我认为天下最好吃的美味，但是有些人一闻到炝蟹的气味就要躲的远远的，平哥更是讥笑我喜欢吃标本。但如果把喜不喜欢吃某个菜上升到意识形态高度，甚至有人要以此来区分智商高低，这个在我看来就有点过分了。商业电影最大的目的是为了娱乐，不要那么认真好吗？
我觉得《纽约时报》对这部电影的一个短评深得我心，他说：中国电影工业从此加入太空竞赛。有些媒体翻译的时候漏掉了“工业”两个字，这是很不应该的。这部科幻大片标志着我国的电影工业化体系上了一个新台阶，历时四年半， 7000 多人参与协作， 1 万多个道具，几千个特效镜头，这些数字的背后是一个庞大的工业体系的支撑，需要的不仅仅是创意，更需要的是管理。所以我认为，关于电影本身的艺术性、科学性什么的，在这个意义面前，都显得那么微不足道了。我相信，若干年以后，《流浪地球》这部电影还是会被我们一再的提及，而提起它的原因不会是像今天很多人热烈讨论的各种审美趣味、故事逻辑、科学硬伤等等，我们只会把它当做中国电影工业体系的一个符号来谈论。我的预言是否准确，请等待时间来检验。
这几天最让我受不了的是一些充满着自大和自恋的影评文章，给一部科幻电影挑科学性的问题本来是一件很正常的事情，可有些文章看完让我感觉作者自己觉得自己的智商或者科学知识站在 100 层楼俯瞰，我都不知道这些人哪来的那么大的自信，我感觉他们自己并没有经过思考和计算。我随便举两个例子：很多文章——其实我看都是互相抄袭的——吐槽说都能造出行星发动机了，怎么还不能自动驾驶啊，导演编剧都是弱智。其实，如果真的愿意深想一下的，到底是谁弱智真不一定，至少如果我是编剧，我也会认为没有自动驾驶反而更合情合理一些。
从科技的角度来说，自动驾驶技术不是一项孤立的技术，是需要强大的基础设施保障的，比如 5G 网络、云计算等。而影片中所处的那个时代，是一个资源和土地极度匮乏，地面环境极度恶劣的时代，尤其是土地资源极度匮乏，在这种情况下，没有自动驾驶技术才是更合情合理的。
再从政治经济的角度来说，那是一个人口只有现在的一半，全面施行计划经济的时代，在这种时代背景下，用人力去开车，能创造就业，能减少基础建设投入，能降低车辆的电子复杂性提高可靠性，要知道自动驾驶需要无数的传感器，复杂度上升可靠性就会下降。
当然，你可能不同意我的观点，提出你自己的见解。这没关系，我只想说，没有自动驾驶的设定并不是有些人认为的那么弱智，要给出一个合理的解释并不难，只是电影限于篇幅，没有必要去多做解释而已。
再比如说，几乎每个吐槽的文章都提到，木星引力怎么可能激增呢？真的没可能吗？别忘了，木星不是一颗岩石行星，它是一个气态行星，它的质心可以不像地球那样固定在地心。地球在靠近木星时，对木星所产生的引力完全有可能导致木星内部的密度分布由于混沌效应发生剧烈变化，密度分布变化了，质心就会变化，如果质心迅速地向地球移动，就有可能对地球产生预料之外的引力。我们对木星内部的了解还很少，也正因为少，才有了科学幻想的可能性。总之，这一点也并不是明显违反物理规律的，并不足以让某些人自以为智商 100 楼了。
我今天想到一个评价一部电影算不算科学幻想的简单办法，就是：看这部电影上映后能不能唤起公众对科学问题的大讨论。你们看这段时间大家讨论最多的是什么：引力弹弓、洛希极限、逃逸速度、恒星演化等等，全都是实打实的科学问题，李永乐老师也推出了《流浪地球》中的物理问题系列节目，各个科普公号忙不迭地借这部影片做各种科普，大家争论天文物理定律和计算对错的热情空前高涨，这多好的事情啊。同样的情况也出现在《超时空接触》《星际穿越》《地心引力》《火星救援》之后，但是你们想想我们看完《星球大战》《神奇四侠》《超人》《复仇者联盟》等等影片之后，我们会去讨论天文物理话题吗？所以，像我这样的职业科普人，当然是希望《流浪地球》这样的影片越多越好，他与科普是相辅相成的。
关于《流浪地球》我就说到这里，我只是想说，对一部电影的喜好完全是个人主观口味问题，真的没必要上升三观的高度，到底什么才算是科幻，这个世界没有公认的定义，谁都可以有自己主观的定义，大家应该彼此尊重各自的定义，可以商榷但没必要站在智商 100 层去嘲笑别人，因为科学很复杂，很艰深，我们很可能只是懂了一点皮毛，嘲笑别人弄到最后反被人嘲笑。反正我觉得《流浪地球》很好看，是值得收藏的科幻电影，请不要拿着这部电影跟我讨论意识形态问题，我觉得就是你想多了而已。好了，以上纯粹个人主观意见，仅供参考。
我们回到今天的正题——器官打印技术。听到这个词你有没有觉得很科幻，甚至是很梦幻的感觉。难道人体的器官也能够用 3D 打印机随意制造吗？如果我告诉你，有些人体器官早就已经拥有成熟的 3D 打印技术了，你会不会很惊讶。但如果我告诉你答案，你就不会惊讶了，我说的这个人体器官是假牙。你大概咕哝了一句：好吧，你赢了。
牙齿当然是人体的器官，我现在嘴里就有一颗这样的牙齿，说实话，比我原生的牙齿还好用，无论从外观还是舌头添上去的感觉，现在已经完全感觉不到它是假的了。这是因为牙齿的功能相对简单，这也是最早出现的人造人体零件了。
图：用 3D 技术打印出来的牙齿
当然，我们今天的要说重点不是假牙，而是心脏、肝脏或者是肾脏这样的内脏器官，这才是真正让人感觉科幻的未来。
我们先来谈谈目前器官移植的现状，以美国为例，假如一个病人需要换肝脏，他必须先排队。每时每刻，等候器官移植的人有 12.2 万，等待肝移植的人有 1.5 万，病人不知道自己要等到什么时候。很多病人永远等不到供体的那一天。我国的情况也差不多，根据统计，每年大约有 30 万人等着器官移植，但是只有区区几万人能幸运地在去世前等到。
对于需要肝脏移植的患者来说，可能是比较幸运的，因为肝脏的再生能力极强，切下一小块移植过来，供体的肝脏还能再长回去。假如需要移植的是孩子，我想，爸爸妈妈会毫不犹豫把自己的肝脏的一部分移植给孩子。但如果倒过来呢？父亲需要移植肝脏，你忍心让未成年的孩子移植肝脏给大人吗？
即便是患者幸运，得到了一位亡故者的器官捐赠，可是这个器官毕竟不是原装的，是会有排异反应的，自身的免疫系统会攻击这个外来户。需要用药物来解决免疫的问题，这些药物可都不便宜，而且还有副作用。说了这么多，我无非就是想告诉大家，活体器官移植面临着非常多的麻烦，人类急需一种替代技术，能够从根本上解决这些麻烦。
当然，目前的技术还不成熟。但是地平线上已经看到曙光了。现在，科学家们正在研究用3D打印技术来制造一个新的器官。而且，这个新器官所需要的材料，也就是细胞，它是来自患者自身，所以不会出现排异反应。这听起来很酷是不是？
3D 打印技术又叫增材制造技术。这种加工技术与过去的思路是不一样的。过去的车钳洗刨磨都是切削加工，都是把零件上不需要的部分去掉。但是 3D 打印不一样，它是靠一点一点慢慢的堆积成型。最常见的 3D 打印机靠的是ABS工程塑料，把一根塑料丝加热，通过喷头挤出来，依照 3D 建模堆积成型。
另外一种 3D 打印技术是靠光敏树脂，只要光一照，液体的树脂就硬化了。打印过程就像是把一个物体切成一个个薄片。液体表面升高一点点，用投影装置的光照一下，马上固化。然后液面再升高薄薄的一层，再用投影装置照一下，每一层投影装置都是把物体对应的截面投射到液体表面。一层层的堆叠，最后变成所需要的形状 。
和光敏树脂类似，我们换成细金属粉末，先铺上一层细细的粉末，用激光依照截面轮廓扫描一下，被激光烧灼过的地方就融化凝结成块了。然后在上面再铺上一层很薄的金属粉末，再用激光烧一层，一层一层堆叠烧结，最后就得到了一个立体的造型。
大家明白为什么叫增材制造了吧。材料是一点一点增加的，比较节省材料。而且很容易制造极其复杂的造型。假如一个物体内部要制造一个空腔。而且空腔的形状是人为设定的。一般的切削加工是根本做不到的。只能剖开两半，然后再合起来。但是这对 3D 打印来讲就完全不是问题了，可以一步到位。
那么要想制造一个器官，就只能靠 3D 打印，因为器官内部的空腔太多太复杂。想想一颗心脏有多少腔室多少血管，更别说毛细血管了。
当然，普通人动动脑筋就能想到，要想靠切削加工制造一颗心脏，那几乎是不可能的。难道你要先用心脏细胞堆成一个方块，然后再用车床去精细加工吗？
更麻烦的是，我们每个人的器官其实都是独一无二的，一个成年人的心脏移植给婴儿肯定是装不进去的，每个人的身体状况也各不相同，要想实现个性化的定制，3D打印是一个可能的方法。
不过，即便是3D打印，也有相当大的难度。一个器官是个整体，不是一堆细胞的堆砌。你觉得在盘子里喷上一大堆的牛肉细胞能制造出牛排吗？
图：现在已经可以吃上打印出来的的牛排了
人体是复杂的，并不是一堆细胞堆成个形状就完事大吉。细胞之间是有相互联系的，每个细胞必须能够各司其职而且还要协同工作。一个细胞坏了，会有修补的机制，也就是新陈代谢。我们是活生生的生物，新陈代谢是基本功能。
人体器官的精细程度往往超过了我们的想象，肺部用于气体和血液交换的表面积有一个网球场那么大，这么大的面积完全折叠进了我们的胸腔。这么精细的结构我们该如何去构建呢？这是一个非常大的挑战。
对于心脏来说，还有更麻烦的事情。人类的心脏是个活跃的发动机，它一生都在跳动，几乎没有休息的时间。即便是很劳累，心跳也不能停滞。现代心脏移植手术，心脏离开躯体的时间也不能太长，否者这颗心脏很有可能会死亡。假如 3D 打印的速度还不够快。等你慢慢打印完了，可能得到的是一颗死掉的心脏。但是我们也想象不出如何一边保持心脏的跳动一边继续打印。
器官的打印总会碰上类似的问题。如果不流进血液，器官很可能会死，但是一边打印一边流进血液又是不可能的，因为血管还没打印完。况且目前打印毛细血管也还是有很多问题，毛细血管实在是太细了。
另外，用 3D 打印生物体，能想到的方案是采用喷头喷射细胞一点点堆砌的办法，就像打印工程塑料一样。要想加快速度，就不得不加大挤压的力度，细胞可是很容易破损的，加大压力也有个限度。死命的加压会导致细胞的死亡。
如果你真的搞过塑料的 3D 打印，你就会知道打印头很容易堵塞，特别是 ABS 工程塑料。那么生物打印机会不会喷头堵塞呢？这可就保不准了。想象一下，患者在手术台上躺着，就等着移植心脏，可这边打印头堵了，还要清洗打印头，患者什么心情。
即便这些问题都解决了，前方还有拦路虎，打印出来的器官是没有瑕疵的吗？假如是有缺陷的，那又该怎么办呢？万一某个细胞发生了癌变呢？所以，想法很美好，实践起来却是困难重重的。但为什么我一开篇又要说现在已经看到了曙光呢？
3D 打印生物器官的现状如何呢？到底进展到了什么地步了？2014年，人们成功“打印”出软骨组织；2015年，人们成功“打印”出供医学研究用的肾脏组织。然而，受到规模、结构和细胞存活时间方面的限制，大部分这样的打印产物只存在于实验室中，没有能够作为真正可用的器官进行移植。
假如进行整形美容，某人对塌鼻梁不满意，非要垫高鼻梁，当然是用自身细胞打印出来的软骨组织是最好的填充物，也不会有什么排异反应。我想这样的实践应该不难。因为人造的部分不过是承担一个支撑物罢了，总是比现在用的硅橡胶要强得多。
假如是代替一个活生生的，有复杂功能的器官，还有很多复杂的问题。细胞不像塑料，堆在一起是会散掉的。不过好消息是，我们找到了一种叫做聚己内酯的化合物，它是解决这一问题关键。它可以发挥支架的作用，承载细胞维持器官或组织的形状。而在数年过后，它会被生物降解，不产生毒性。
器官或组织打印需要面临的另一个问题，在于如何在这些组织的内部设计“空腔”——聚己内酯固然可以使得细胞有序地堆叠在一起，但如果没有内部的空腔，这些细胞也活不了多久。
在正常组织之中，血管会交织在器官内部输送养分。如果希望 3D 打印出来的组织能够长久存活，留出供血管穿过的空间是非常重要的。那么这些空腔是如何被打印出来的呢？
这就需要在打印过程中切换材料。需要留下空腔的地方用水凝胶打印。这些水凝胶暂时是固体状态，能够起到支撑作用，但是很快水凝胶就会被吸收。等到细胞形成了稳定的结构以后，水凝胶也就吸收的差不多了，空腔也就形成了。利用这种思路，营养物质输送问题也得以克服。
那么打印出来的器官和组织有没有生物活性呢？研究人员利用人羊水干细胞打印出一块圆形的下颌骨，把它放在裸鼠体内。在5个月以后，他们发现，这些人造骨内部形成了和正常骨组织一样的导管结构，证明它具备在体内存活生长的能力。在另一个的实验之中，他们利用兔软骨细胞打印出了人耳的轮廓，这样的组织置于体内同样能够顺利生长。
当然，这些组织的功能都很简单。迈克尔·麦卡尔平博士在普林斯顿大学的研究小组打印出了一种“电子人耳朵”。这种耳朵的厚实部分是由软骨和硅所构成的，而一段盘绕起来的天线被集成在了这种耳朵中，以作为一种听力形式。这也算是一种别出心裁。谁说一定要用生物的方法来实现听力功能的？用电子技术来解决问题不也很好吗？
那么，我们可不可以换一种思路呢？最近，迈克尔·麦卡尔平博士又攻克了电子眼的打印工作，思路还是类似的。用 3D 打印制造了一个可以放进眼眶的眼睛，至于工作原理，没必要跟人类的眼睛完全一致。我们不需要对人体结构进行复制。谁说我们的心脏是最好的血液输送机器？谁说肾脏是最好的有害物质过滤器？这些器官的结构是极为复杂的，但它们各自执行的是一种非常明确的功能，作为生物工程师的我们可以加以模仿的。人造器官不会是天然器官的完美复制品，这是因为它们的制作方式和生命机理与胚胎发育而成的天然器官是不同的，但它们会起到相同的作用，虽然这个后期更换的零件未必比原装货更好，但是效果也可以接受了，对吧。
假如将来 3D 打印器官的技术成熟了。可以被大规模使用了，大量病人得到了更加有效的医治。很可能一些意想不到的麻烦会随之而来。打印使用的细胞叫做“干细胞”，这种干细胞和一般的体细胞是不一样的。
多能干细胞可以分化成各种样的器官细胞。普通的细胞没这个本事。比多能干细胞更加厉害的是胚胎干细胞，这些细胞是有分化成全身任何器官的能力的，甚至包括生殖细胞。有很多人反对干细胞的研究，他们是从生命伦理的角度去考虑问题。研究胚胎干细胞会破坏胚胎，胚胎在有些人看来就是一条命，因此他们强烈反对。尽管器官 3D 打印用的不是胚胎干细胞。仍然会引起非议和警惕。
图：人类终将面临的伦理问题
一旦器官移植变得廉价，而且容易获得。那么也会引起其他的社会问题。我们想象一下，假如一个长期喝酒无度的家伙得了脂肪肝。他会怎么选择呢？他可能会因为担心健康问题而改变生活和饮食习惯。但是现在换一个肝也不是什么承受不了的事情。他是不是会继续肆无忌惮的继续狂喝滥饮呢？反正大不了换一个肝就 OK 了。喝坏了再换就是了。
假如是一个运动员，想要一个更加强健的心脏，那是不是允许他换呢？奥委会是不是要把器官更换列入违禁名单呢？那么某一个运动员因为生病，不得不器官移植，是不是他的运动生涯就必须就此终结呢？服用了兴奋剂，过一段时间，药性会消退。可是器官更换却是永久性的。
第一次世界大战爆发以后，因为战争创伤而需要做整容手术的人非常多，因此整容技术有了长足的发展。但是医生们怎么也不会想到，如今愿意在脸上动刀子的大部分是健康人。他们只不过想要一张更时尚的脸罢了。那么未来会不会有健康人对自己的内脏器官不满意，需要更换一个更符合需求的升级版呢？这种事儿还真的很难说。
不过，对于一项新技术来讲，我们还是应该往好处想。我们应该对人类的发展有信心。
在美国，差不多平均每小时就有一人死于等不到可用的器官，而且在他们在等待器官的过程中往往会丧失行动能力。生物打印器官不仅会使病人受益，社会也会因此节省大量的公共医疗开支，并减少工作时间上的损失。
只要有需求，就会有供给。现在世界范围内也是存在器官市场的。卖肾换苹果手机虽然是一句开玩笑的话。但是起码大家内心已经接受了一件事，那就是器官是可以用来卖钱的。你不卖，自然有人愿意卖。有些买卖恐怕也不见得是合理合法的。出售的一方恐怕是手头拮据，甚至是别无出路的弱势群体。购买的一方也是一个重病的，甚至生命垂危的病人。我们真的很难在生命和尊严之间作出判断和取舍。
在世界各地的文化之中对钱是有一种天然的憎恶的，领养一个孩子是正常的，甚至是有爱心的，但是购买一个孩子，那就是另外一码事了。同样，用钱来购买一个器官是可憎的，自发捐赠器官则是一个伟大的壮举。
但是你想想看，排大队等待更换器官的人有成千上万，总有人会寻求正常途径之外的解决方案的。假如 3D 打印器官真的能够成熟，恐怕会有助于消灭非法的器官买卖。避免生命和尊严之间的尴尬抉择。
器官买卖的合法市场是否依然会存在呢？以我的社会经验来判断，还是会存在下去的。有些精英主义者始终在追求社会鄙视链之中的地位。就像现在一些人追求纯天然一样，他们对人造的东西总是不屑一顾，认为那是廉价的代名词。他们很可能还是会去追求移植一个纯天然的肾脏或者是肝脏。因为只有他们出得起这个价钱。
不管未来如何变化，有了 3D 打印器官的加入，总的供给应该是可以保证的，说不定还会出现和供大于求的情况，每个人根据自己的健康状况，可以提前打印几套内脏器官事先保存。万有出了什么毛病需要移植，一切都已经准备好了，不需要等待配型成功。医生们可以用比较廉价的器官来做手术教学和练习，也就是说，他们不再需要用病人来刷经验了。这对病患来讲都是一件好事。
理想毕竟是理想，现实毕竟是现实， 3D 打印器官技术到现在为止，还没有真正在实践中被应用，都还是局限于实验室研究。大量的患者还是不得不等待器官捐献者的奉献。但器官打印技术作为一个科幻的题材是很恰当的，或许在我们的有生之年是能够看到某些复杂人造器官的诞生。
我们下期再见。
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