好心肝會刊肝病資訊

第67期

出刊日:2014-07-15

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科技新突破 3D列印組人體肝臟

美國《CNBC》報導指出,3D列印技術將使未來的生活樣貌徹底改變。

《經濟學人雜誌》則提出,製造業的數位化與社群化將掀起第三次工業革命。

而其中最關鍵的技術,就是3D列印。究竟什麼是3D列印?它又將如何影響我們的未來?

撰稿∕林姿伶(好心肝門診中心健康檢查中心主任、臺大醫院綜合診療部兼任主治醫師)

3D列印的原理是先使用電腦輔助設計,再將建造完成的立體模型予以「分層」列印、層層疊加,最後連結成立體的構造。透過列印的「原料」不同,理論上可以建構像是珠寶、鞋子、化妝品、工業模型、建築、汽車、航空太空、教育用教材、地理訊息系統、土木工程、槍枝、食物,以及牙齒、皮膚、骨骼等醫療用的人體組織。

雖然槍枝、手銬、鑰匙等物品有社會安全的疑慮,雖然列印出的成品可能有智慧財產權的問題,可是這無疑還是一項新奇的技術跟概念。聰明的科學家們更因此想到了一個可以說是瘋狂的應用:既然牙齒、皮膚跟骨骼等「簡單」的物品可以製造出來,那麼理論上「內臟」應該也能。

3D列印技術  仿製人體細胞

醫療用3D列印服務的公司,如Organovo,發表了他們的研究成果:雖然離實際器官替代還有段距離,但是確實能「印」出3D的肝臟組織,而且列印出來的肝臟還有功能!

研究的發想在於,肝臟在人體中具有很強的再生能力,可是當離開人體之後就大幅失去了複製的能力以及原有的代謝、合成功能。即使是塗布在培養皿上,給予必需的養分以及化合物,因為失去了與鄰近細胞的緊密結合以及肝小管的排列結構,使得這些體外培養的細胞失去活力。

於是,當列印的「原料」換成肝細胞的時候,科學家們試著「重建」肝細胞原先的生長環境。先使用人類肝組織建構出模型,之後將人類肝細胞層層疊加,再把內皮細胞、星狀細胞等根據模型添加上去。經過培養,使用CD3以及E-Cadherin的染色,可以見到微小血管的產生以及細胞間的黏附蛋白質,表示這塊組織不僅是活著,同時也開始了細胞間的交互作用。接著,科學家去測定這塊印出來的肝臟代謝以及合成的功能,發現是2D結構時的5至9倍。這塊印出來的肝臟可以合成膽固醇、白蛋白、運鐵蛋白、凝血用的纖維蛋白原以及解毒酵素(CYP1A2以及CYP3A4)。在距離培養時間135小時的時候也仍能保持穩定以及活性!

印出「新」世界

看來,3D列印不僅將帶來第三次的工業革命,這種「生物印刷」技術也勢必會為醫療帶來進步:

● 藥物試驗部分:這些「生物列印」出的組織因為具有較長的壽命以及較佳的「活性」,對於時常因為心臟血管跟肝臟毒性而事後「回收」的藥品,在提供市場需求之前,將能得到更豐富以及更嚴謹的實驗結果。同時也可以減少實驗志願者的風險。

● 醫療重建使用:牙齒、皮膚以及骨骼、義肢等「零件」(包括耳朵),使用生物印刷無疑是近期有希望普遍使用的醫材。

● 器官移植使用:雖然還是個夢想,但是在列印技術以及再生科學的進步之下,並不是不可能。

● 雖然科學家們警告,目前對於3D列印人們抱有太大、太新奇的夢想,然而這些「瘋狂」的夢想正是科學進步的原動力。為了解決當前的醫療困境,肝臟再生以及移植科學的進展雖然還不夠,可也已經算是一日千里。如今加上另外一項強而有力的武器「3D生物印刷」,自然是美事一件。想想,擁有由病人自己肝細胞培養、組合出來的「客製化」肝臟,免去了排斥以及捐贈來源的問題,將為肝衰竭以及肝硬化的病人帶來多大的希望!

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