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清華大學(xué)傳授、中國3D打印技術(shù)産業(yè)聯(lián)盟第一顧問顔永年對3D打印技術(shù)和生物制造、生物體和生命體制造的關(guān)系進(jìn)行了詳盡介紹。
清華大學(xué)傳授、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟第一顧問 顏永年
以下爲(wèi)演講全文：
顔永年：各位來賓、女士們、先生們，下午好！我做報(bào)告的題目是“3D打印發(fā)展的方向”，應(yīng)該說是一個(gè)重要的方向，我們在線叫它細(xì)胞3D打印，當(dāng)然是不是一定用這個(gè)這個(gè)名字，爲(wèi)了適合今天大會(huì)的主題，因此又叫上了細(xì)胞3D打印，原來叫生物制造初探，做這個(gè)報(bào)告的有我和我的同事張傳授。
內(nèi)容有這麼幾個(gè)方面，第一是談一談3D打印和生物制造有什麼關(guān)系，第二個(gè)，生物體或者生命體的3D打印，第一部分講的是假體和組織工程，第二部分，我們在線講細(xì)胞3D打印，整個(gè)報(bào)告裏面，這部分是重點(diǎn)。最後，談一談?dòng)?D打印的技術(shù)來完成生命體的制造，來完成醫(yī)學(xué)所需要的各種器件和器官的一些看法。
先談引言部分，我們在線把3D打印這個(gè)技術(shù)按材料分，可以分成三個(gè)方面。第一，就是用非金屬和非生物材料，這個(gè)材料既不是生物材料，也不是金屬材料，當(dāng)然，很多的非金屬、非生命的材料，跟身體不相容的材料。第二是金屬材料，第三部分就是生物材料。按材料分，獲得一個(gè)比較清晰的提綱，3D打印從一個(gè)新的角度來看。這個(gè)是從使能技術(shù)來看制造。虛線是信息流，實(shí)線是材料流，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、使能系統(tǒng)這些基本上雷同的。什麼是生命體的人工制造呢？什麼是生物制造呢？從制造科學(xué)的角度來講，具有生物相容性材料，把這些材料進(jìn)行3D打印，我們在線可以說就是生物材料的3D打印，它應(yīng)該說是生命體的人工制造。但是這是一種，它是一種生命體的人工制造，而不是全部，生物制造應(yīng)該有更廣泛的概念和內(nèi)容。我們在線可以把生物制造分成三個(gè)大的方面，第一個(gè)方面是生物質(zhì)，就是使用生物的過程釀酒，我們在線吃的醬豆腐等等，基本上生物過程，它也是生物制造的一部分。仿生制造，就是模仿自然界的很多現(xiàn)象或者是結(jié)構(gòu)來制造。第三是生物體制造，生物體制造又分了三個(gè)層次，假體的制造，細(xì)胞三維間接組裝制造和細(xì)胞三維的直接制造。這個(gè)生物制造概念這三個(gè)方面不是我提出來的，是美國的柏林格在提出來的，大伙兒可以去查詳細(xì)的報(bào)告，但是它是很空泛的，沒有具體內(nèi)容，具體內(nèi)容我們在線一起來把它充實(shí)。
來談這三個(gè)層次，第一個(gè)層次是生物質(zhì)，這是一個(gè)很古舊的土地?，F(xiàn)在還有很多學(xué)者把生物制造還限定在生物質(zhì)制造，我覺得很遺憾，生物制造應(yīng)當(dāng)跳出生物質(zhì)的范圍，它應(yīng)當(dāng)更擴(kuò)大。第二是仿生制造，這是生物制造重要的組成內(nèi)容之一，研究生物體和生命系統(tǒng)的行為、結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)等等，提出新的創(chuàng)造性的構(gòu)想和原理。仿生制造應(yīng)當(dāng)可以說是最重要的科學(xué)原理之一。 我們來看看顱骨，它不是整個(gè)骨頭，是26個(gè)骨頭片通過縫交錯(cuò)結(jié)合起來，為什么它不是整個(gè)骨頭？對我們有什么意義呢？我們應(yīng)當(dāng)想到，哺乳類動(dòng)物為什么找不到整個(gè)骨頭的，顱骨基本上組裝起來的。無辜可以是如此，但是它不是哺乳類動(dòng)物。依據(jù)仿生學(xué)原理，承擔(dān)剪切，不用鍵、銷、臺、代之由子件間的多峰結(jié)構(gòu)，獲得巨大的抗剪摩擦力，克服子件的分離，發(fā)展出重型大型結(jié)合機(jī)構(gòu)。這是4500噸的超中性結(jié)構(gòu)，它是一塊一塊不用焊接、不用建、不用抬，就是那個(gè)多縫結(jié)構(gòu)，在每個(gè)縫點(diǎn)上都有很高的應(yīng)力，但是它是微米級的。那個(gè)在我們國家使用仿生的結(jié)故萇飼生物制造的一種類型，當(dāng)然是低級狀態(tài)，做了4萬噸以下的液壓機(jī)差不多做了5臺了，我們國家艦載機(jī)的起落架就是在4萬噸基礎(chǔ)上完成的。
第三個(gè)層次，就是生物體，或者我們叫生命體，具有生命的物體人工制造。生命那個(gè)詞實(shí)際上我們不是探討它自己哲學(xué)上的和生物學(xué)上的意義，我們是講具有生命的結(jié)構(gòu)體。人類在探索自然之謎的同時(shí)一直在注目我們?nèi)祟愖约?，我們從沒有放棄對人體結(jié)構(gòu)的剖析，企圖修復(fù)損害的組織，是否有一天人體的器官人工制造成為也許。現(xiàn)在我認(rèn)為是完全也許的，離我們并不是非常遙遠(yuǎn)。 生命體的人工制造，也許嗎？我在學(xué)校開選修課，就提出了那個(gè)問題。如果生命體能人工制造，那么我們很多的器官都可以預(yù)先預(yù)制出來，生物制造是一個(gè)很新的學(xué)科，涉及到生物學(xué)、制造科學(xué)特別是3D打印，從寬泛的界說，包括了生物質(zhì)制造、仿生制造和組織器官的制造，涉及到生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、制造科學(xué)和技術(shù)均可視為生物制造。狹義的界說，就是運(yùn)用現(xiàn)代制造科學(xué)和生命科學(xué)的原理和方法，通過材料單元和細(xì)胞單元的直接和間同意控組裝，完成器官假體和具有新陳代謝特征的生命體成形和制造，經(jīng)培養(yǎng)和訓(xùn)練，用以修復(fù)或替代人體病損組織。引言我就講到這個(gè)地方。
下面，我們在線談?wù)勆矬w和生物制造的初級階段，就是假體和組織構(gòu)成。假體很明顯，它是一種結(jié)構(gòu)，它是從結(jié)構(gòu)解剖學(xué)上的數(shù)據(jù)取下來，把這個(gè)數(shù)據(jù)通過我們在線的快速成形3D打印的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)變成文件，我們在線就可以操縱機(jī)器，它不植入體內(nèi)，因而不需要生物的相容性，用以做輔助手術(shù)、手術(shù)的規(guī)劃等等。這個(gè)骨盆是我們在線學(xué)校跟第四軍醫(yī)大學(xué)合作的，這就是3D打印的作用，但是做得要大一些，1比1，有什麼好處呢？我們在線就可以事先知道骨盆的破損情況和裏面器官破損的位置在什麼地點(diǎn)，以免在手術(shù)臺上打開它就錯(cuò)位了，因爲(wèi)損傷之後不知道跑哪去了，這個(gè)就可以解決很多醫(yī)學(xué)上的問題。CAD模型到RP原型，我們在線打開這個(gè)模型就要一次成功。內(nèi)耳道助聽器，激光掃描、芯片的設(shè)置，最後用SLS這種辦法做出來放到耳朵裏面去。我們在線用牙醫(yī)的修複，清華大學(xué)的這個(gè)技術(shù)已經(jīng)有一個(gè)産業(yè)化了，當(dāng)然，最後也分開了，就是隱形牙矯正，通過石膏的掃描，這是數(shù)據(jù)，獲得修複的東西。這個(gè)過程基本上最後成形用3D打印做出來的，不需要裝鋼絲就可以矯正牙。
還有一種是體內(nèi)假體，剛才說的假體都不需要放在體內(nèi)，包括牙也是，口腔還屬于體外。假體可以放在體內(nèi)，譬如像關(guān)節(jié)、骨頭、顱骨、頜骨、人工血管等等，這些基本上假體，它在身體裏面不會(huì)變化，也不會(huì)降解，但是它有很重要的功能。譬如說假耳，我們在線在老鼠的背上也做過這個(gè)耳朵，但是它是假的，它外表的皮膚是活的，但是裏頭做的是3D打印出來的，用聚脂做出來多孔性的，最後長出來有彈性，它可以修複耳朵，如果這個(gè)缺損也可以修複，這是通過CT掃描核磁共振得出來的數(shù)據(jù)，最後把顱骨修好。
細(xì)胞間接三維組裝組織工程，是我們在線說的第二個(gè)層次，組織工程就是要做成一個(gè)支架，或者叫它基質(zhì)，這個(gè)中心很複雜，多孔性，帶有梯度的結(jié)構(gòu)，材料的梯度和結(jié)構(gòu)的梯度它不是均值的，最後這個(gè)細(xì)胞在身體裏降解消失掉，細(xì)胞占據(jù)的位置就成了一個(gè)軀幹的部分，這個(gè)已經(jīng)有了，很早就開始有組織工程，但是，跟3D打印結(jié)合之後，它獲得一個(gè)很大的動(dòng)力，因爲(wèi)我們在線能夠做出很精密的有材料梯度、由結(jié)構(gòu)梯度的支架，設(shè)計(jì)以後制造用3D打印來做，誘導(dǎo)培育細(xì)胞，之後降解。因此，生物材料的3D打印是組織工程、載體支架和基質(zhì)結(jié)構(gòu)制造的最佳制造方法，因此我們在線應(yīng)該發(fā)現(xiàn)一些適合于做組織工程支架的打印設(shè)備，3D打印，這是很大的一個(gè)市場。
細(xì)胞通過生物醫(yī)學(xué)方面能獲得，要做那個(gè)支架比較龐大，它不是一般的材料，把細(xì)胞整合進(jìn)去培養(yǎng)放在組織里。組織工程支架要求很高，要適合生物的安全，可降解，要有尺寸和可孔隙率等等，外表上有一定的理華性，另外它不也許排擠。因此，有結(jié)構(gòu)梯度、有材料梯度這種龐大的結(jié)構(gòu)，用3D打印就能充分發(fā)揚(yáng)它的優(yōu)勢。3D打印的柔性和材料的多樣性以及結(jié)構(gòu)高度的數(shù)字化的設(shè)計(jì)，都為組織工程支架制造提供一個(gè)精良的辦法。 這是我們學(xué)校做出來的組織工程設(shè)計(jì)，這是多孔，從大孔到小孔。關(guān)于這種結(jié)構(gòu)性的組織，什么叫結(jié)構(gòu)性組織？就是皮膚、軟骨、肌肉、血管，結(jié)構(gòu)很龐大，當(dāng)然心臟結(jié)構(gòu)也很龐大。結(jié)構(gòu)性的組織在那個(gè)范圍，這些土地里面，差不多取得了很大的進(jìn)展，而皮膚差不多達(dá)成商業(yè)化，不是現(xiàn)在至少5年前就商業(yè)化，做得最好的是麻省理工一個(gè)學(xué)機(jī)械的傳授，因?yàn)樗?D打印技術(shù)。
骨組織工程，這是我們在線學(xué)校做的骨組織工程，用兩個(gè)噴頭來噴組織工程的材料，因爲(wèi)這個(gè)材料帶有材料的梯度。這是不同的顔色，代表不同的材料，PLA―TCP加上膠原達(dá)到80%―90%，通過調(diào)整環(huán)境和噴頭溫度，獲得不同的孔隙率，這在別的東西上很難做到，3D打印提供了這樣的解決辦法。這個(gè)可以看得出來，我們在線用兩個(gè)材料四個(gè)噴頭噴出來的支架，這個(gè)是最大的，這個(gè)差不多是10個(gè)毫米，這個(gè)大概有兩個(gè)毫米、一個(gè)毫米，這個(gè)是最大的孔，這個(gè)上面不是實(shí)心的，它也是小孔，我們在線把它膨脹看，最後到一兩個(gè)微米左右。這個(gè)也是納米纖維小球，基本上爲(wèi)了各種骨組織，軟骨組織，讓它細(xì)胞適于在裏面生長。兔的橈骨修複是和我們在線第四軍醫(yī)大學(xué)聯(lián)合的實(shí)驗(yàn)，把橈骨切斷15毫米，這是狗的橈骨，然後把組織工程做的這個(gè)小塊，就是剛才說的多孔的，要有結(jié)構(gòu)梯度的PLC做的放進(jìn)去，通過24個(gè)禮拜的培養(yǎng)，可以看出來已經(jīng)沒有黑色的部分了，骨頭越來越多，已經(jīng)變白了。這個(gè)狗滿地跑，一共做了24條狗，100多條兔子，把骨頭切斷，用我們在線這個(gè)3D打印原理打印支架放進(jìn)去做的。
血管是另外一個(gè)領(lǐng)域，做得很好，血管很複雜，分了四層，功能都不比樣。一個(gè)腎上的血管，動(dòng)靜脈，這是老鼠的靜脈，很複雜，我們在線如果不用3D打印來做這個(gè)血管支架，大伙兒可以設(shè)想用什麼辦法呢？我們在線現(xiàn)在制造方法，哪一種方法可以做這個(gè)東西呢？我現(xiàn)在想，唯一的只有3D打印。我們在線做的血管也是模仿了它，是三層材料，內(nèi)層和外表是一樣，中間層帶有更多的韌性，裏面是多孔，同時(shí)達(dá)到微米級，大孔是毫米級。這個(gè)是用3D打印出來的支架，這是模型的示意圖，層級第一層材料，層級第二層材料，層級第三層材料，裏面把它容到，就獲得了適合的這種材料，把它再拿去培養(yǎng)，這個(gè)是多孔的，不是實(shí)心的。這是我們在線做的噴頭，打出來的材料，這是3D打印的流程，這上面沒有表現(xiàn)出來，它具有很好的力學(xué)性能，它有彈性、順應(yīng)性、有一定的抗破壓，不會(huì)破裂。我們在線在兔子的動(dòng)靜脈上也做了實(shí)驗(yàn)，也是用這個(gè)辦法來做。
第三個(gè)層次，我認(rèn)爲(wèi)我們在線把含有生命的譬如說細(xì)胞，把它跟材料混合之後，用3D打印出來，我們在線會(huì)獲得什麼結(jié)果呢？那是比組織工程還要更加輝煌的引人入勝的結(jié)果。大伙兒要問，組織工程挺好了，你爲(wèi)什麼還要用3D打印的細(xì)胞的三維打印，簡單說一下細(xì)胞三維打印有什麼工藝，怎麼打印，第三個(gè)是我們在線現(xiàn)在取得了什麼進(jìn)展。組織工程它難以解決細(xì)胞的密度問題，我們在線要培養(yǎng)需要上億個(gè)細(xì)胞放到支架上去，但是組織工程的支架難以讓它均勻攤開，細(xì)胞的量不夠。第二，多種細(xì)胞要有特征的黏附和沈積的可操作性，用現(xiàn)在的方法還是有困難的。第三，支架在外表上長是單方面進(jìn)去，而細(xì)胞應(yīng)該是在三維環(huán)境成長。第四，往往是外表的細(xì)胞可以獲得更多的營養(yǎng)，內(nèi)層細(xì)胞營養(yǎng)不良。國際上很早就做出來了，但是層數(shù)多了，裏面的就死了。因此說，我們在線需要新技術(shù)，直接把細(xì)胞采用3D打印把它打出來。
這是有一個(gè)人在2000年在Science上發(fā)表文章，他說由腎、肺等很多器官必須在一個(gè)合適的三維結(jié)構(gòu)裏面，要給它創(chuàng)造一個(gè)合適的三維結(jié)構(gòu)，大批的細(xì)胞要進(jìn)去，這就是我們在線追求的一個(gè)方向。這條技術(shù)路線，美國的薩克斯，他就是3D打印的猶太人，很早就做出來了。Clemson也是麻省理工的傳授，他們也做了很多，還有Boland這個(gè)人，他的夫人是武漢人，他搞了3D組裝細(xì)胞，搞得很好。還有，還有用噴墨打印技術(shù)來做細(xì)胞打印，還有德國的這家公司，它叫生物繪圖。
這些東西最後歸納出來就是要分級結(jié)構(gòu)，我們在線必須要有層級的結(jié)構(gòu)，才能使?fàn)I養(yǎng)能交換，排泄物能代謝出來，細(xì)胞持續(xù)生活，如果沒有這個(gè)層次就不也許。這個(gè)叫3D蜂窩結(jié)構(gòu)，大概2、3毫米，這是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它有幾十個(gè)上百個(gè)微米，這個(gè)點(diǎn)到幾個(gè)微米，這個(gè)絲組成了上面的棍，網(wǎng)上的一點(diǎn)就是它。因此，大伙兒想一想，從這樣的結(jié)構(gòu)，我們在線的傳統(tǒng)的層級方法能做出來嗎？做不出來。這就是蜂窩結(jié)構(gòu)，這個(gè)就是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這個(gè)叫單元結(jié)構(gòu)，這三個(gè)結(jié)構(gòu)我就不詳細(xì)講了。我們在線這種分級結(jié)構(gòu)用3D打印來做，發(fā)揮了3D打印的作用，又把各種矛盾統(tǒng)一起來。要做這種微細(xì)的結(jié)構(gòu)，我們在線3D打印的技術(shù)也要做相應(yīng)的改進(jìn)，可以沿著這四個(gè)方向去改進(jìn)，我們在線用霧化的方法，可以用氣壓霧化、高壓霧化、超聲波霧化，也可以用連續(xù)噴射的辦法來做，還有按需分配，有很多辦法來做，3D打印的微噴射和微擠壓技術(shù)，基本上很好的技術(shù)，這個(gè)是氣體霧化的一些辦法。這個(gè)是給它一個(gè)電脈沖，它去擠這個(gè)流體，這些點(diǎn)裏面都能噴出東西來，當(dāng)然這個(gè)流道是方的，不是圓的，這是液壓體，給它一個(gè)脈沖。這是壓電式噴頭結(jié)構(gòu)示意圖，這是尖筆直寫，我們在線這個(gè)實(shí)驗(yàn)室在這方面做了很多工作，它在微細(xì)加工上面還是很有用，這是我們在線的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)裝置，這是尖筆直寫的實(shí)驗(yàn)平臺，這是我們在線做的分級結(jié)構(gòu)，這是絲的粗細(xì)程度，絲的直徑是100微米，這是50微米，做出來的結(jié)果非常的精細(xì)，這是堆出來的東西，這也是尖筆直寫的不同方案。微擠壓的特點(diǎn)也可以用來做，F(xiàn)DM工藝也可以做，我們在線國家的泰爾公司也可以拿它來做，還有金屬微粒發(fā)生裝置，這個(gè)爐子進(jìn)行震動(dòng)，顆粒當(dāng)有磁場的時(shí)候可以偏轉(zhuǎn)，這也是一種技術(shù)，這個(gè)好像是斯坦福大學(xué)搞的。這個(gè)是BPM工藝，冰成形工藝很靠近液體的成形，這是我們在線學(xué)校首創(chuàng)的工藝。分級溫控也是對骨組織工程非常有用，這個(gè)是複合噴射的辦法，就是剛才分級溫控，這個(gè)是用多個(gè)細(xì)胞源，用多噴頭的細(xì)胞打印，實(shí)際上最後的打印技術(shù)還是不同的微擠壓技術(shù)，這是一個(gè)公司做的示意圖，這是它的裝置圖，這是光繪圖工藝。這是細(xì)胞的低溫凝膠化成形，這三種材料我們在線要把它調(diào)和起來，通過噴頭、通過噴射、通過微擠壓、通過各種辦法，把它噴出一個(gè)結(jié)構(gòu)出來，明膠在裏面起了很重要的作用。這個(gè)是我們在線學(xué)校的多細(xì)胞組裝機(jī)，我們在線國內(nèi)第一臺細(xì)胞組裝機(jī)就是我的學(xué)生做的，我們在線現(xiàn)在已經(jīng)做了好幾種，最多可以是四種細(xì)胞同時(shí)組裝。這是一種鍵，蘸水筆的技術(shù)，現(xiàn)在用來做納米，很多納米技術(shù)，很多微納加工的技術(shù)，可以和我們在線3D打印結(jié)合起來，産生一些新的技術(shù)。這是雙微滴噴射系統(tǒng)，這是Bioplotter工藝，在無菌環(huán)境裏面，過濾壓縮，這個(gè)材料裏面是含有細(xì)胞的。細(xì)胞3D打印在這個(gè)概念下發(fā)展得很多，這個(gè)是我們在線學(xué)校的第一臺細(xì)胞3D打印機(jī)，這是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這是它的平臺。細(xì)胞微囊技術(shù)，微囊創(chuàng)造了一個(gè)很好的細(xì)胞環(huán)境，這是高的電壓，讓它拉出來，這是在靜電的作用下拉出來，還有一種叫做激光直寫，大伙兒看這個(gè)圖，這個(gè)激光通過照到液體裏去，通過力學(xué)分析可以算出來，這個(gè)直點(diǎn)沿著光束往前進(jìn)，這個(gè)可以說是活的細(xì)胞，一顆一顆細(xì)胞進(jìn)去排列起來，我們在線可以做一些醫(yī)學(xué)上很重要的用處，我們在線叫細(xì)胞芯片。這也是做細(xì)胞芯片的一些手段。這是美國的克萊姆森大學(xué)做的試驗(yàn)，他是帶有光固化的材料，帶有明膠，細(xì)胞噴上去，鋪一次明膠，再打一層細(xì)胞，最後固化，細(xì)胞就在明膠裏形成結(jié)構(gòu)。這個(gè)就是紫外光曝光的技術(shù)，對細(xì)胞的損傷也許會(huì)有，我認(rèn)爲(wèi)並不是非常好的技術(shù)，但是它可以做出很精細(xì)的結(jié)構(gòu)，這個(gè)基本上它的示意圖，這個(gè)是設(shè)備的圖，這個(gè)是它做用機(jī)心的細(xì)胞來做的結(jié)構(gòu)。這個(gè)是它的設(shè)備，這個(gè)是我們在線學(xué)校做的細(xì)胞微滴組裝，這也是它的示意圖，它可以做到好幾個(gè)裝細(xì)胞的東西，這是打出來含有不同梯度的細(xì)胞的網(wǎng)格，它可以進(jìn)行物質(zhì)交換。這個(gè)是一些成果，用肝細(xì)胞、明膠、海藻酸鈉做出來的結(jié)構(gòu)，這是用心肌細(xì)胞做的，我們在線把老鼠的心肌細(xì)胞堆積，這是心肌細(xì)胞體外培養(yǎng)的狀態(tài)，這是肝細(xì)胞，做的是3D打印培養(yǎng)的情況，具有肝功能的，我們在線拿到校醫(yī)院去檢測，它有肝功能。這是心肌細(xì)胞體外培養(yǎng)的情況，這個(gè)大伙兒可以看它在動(dòng)，我們在線學(xué)校培養(yǎng)出了這個(gè)心肌補(bǔ)片，它的厚度超過了國外的厚度，爲(wèi)什麼？因爲(wèi)我們在線用了一個(gè)很好的三維結(jié)構(gòu)，因此說把這個(gè)貼到心髒衰竭的病人身上去，可以幫助心髒的跳動(dòng)，延長他的生命。
幹細(xì)胞的三維組裝用處很大，我們在線用不同地點(diǎn)的幹細(xì)胞都做過實(shí)驗(yàn)，這是第二代細(xì)胞受控組裝機(jī)。這是多噴頭，兩個(gè)噴頭裏面放了兩種細(xì)胞，在混合器裏面混合噴射出來。這個(gè)是單種材料的很複雜的三維結(jié)構(gòu)，這個(gè)是模擬細(xì)胞的梯度結(jié)構(gòu)，怎麼讓它比照我們在線要求的梯度去成形。
最後，我再談?wù)勔稽c(diǎn)感想。生物制造從生物質(zhì)制造發(fā)展到仿生制造到生命體的制造，包括組織器官這種廣義的生物制造，是學(xué)科交叉、調(diào)和和發(fā)展，以及健康産業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中比重增加的直接結(jié)果。上世紀(jì)80年代出現(xiàn)的組織工程由于和3D打印的結(jié)合，拓寬延伸到不同的領(lǐng)域裏去，它是細(xì)胞生物學(xué)、材料科學(xué)和制造科學(xué)的最新交叉調(diào)和?；?D打印技術(shù)的細(xì)胞三維受控組裝工藝，是生物制造中最爲(wèi)核心的技術(shù)，其目標(biāo)爲(wèi)具有新陳代謝特征的生命體的成形和制造。細(xì)胞直接三維受控組裝，是其中最新的發(fā)展，使人類可以比照器官解剖學(xué)的數(shù)字模型，通過控制單個(gè)細(xì)胞和細(xì)胞團(tuán)簇的3D組裝，最終實(shí)現(xiàn)可整合于人體新陳代謝系統(tǒng)，用于修複和替代病損組織和器官的人造器官。生物制造的出現(xiàn)克服了傳統(tǒng)組織工程的許多技術(shù)困難，使得人體組織和器官的再生手段大大豐富和加強(qiáng)。美國這個(gè)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的Gilbert預(yù)言，用不了50年，人類將能培育人體的所有器官。這個(gè)産業(yè)現(xiàn)在在美國已經(jīng)興起，我這個(gè)PPT是三年以前的，它已經(jīng)達(dá)到了40億美元的規(guī)模，很快超過了現(xiàn)在RP的規(guī)模。
科學(xué)院組織我們在線預(yù)測一下，寫一寫20年以後在生物制造上面會(huì)是什麼樣的狀態(tài)。我是生物制造的負(fù)責(zé)人，我就寫了20年的遠(yuǎn)景。第一，就是人工制造人體全功能內(nèi)髒器官機(jī)理的闡明，就是具有人體內(nèi)髒的器官，爲(wèi)什麼我們在線人工能夠把它做出來，它的機(jī)理?，F(xiàn)在應(yīng)該說是從制造科學(xué)的這個(gè)角度、仿真學(xué)的角度等等，我認(rèn)爲(wèi)還是沒有真正搞清楚，很多問題沒有搞清楚，全功能的內(nèi)髒器官完全整合入人體相應(yīng)的系統(tǒng)裏面和結(jié)構(gòu)、功能、壽命，與人體器官無異的複雜內(nèi)髒器官，像心、肝、腎、肺。我們在線相信在未來20年內(nèi)，我們在線應(yīng)該很清楚的闡明它的機(jī)理，更深層次的生命科學(xué)與制造科學(xué)問題，分子與細(xì)胞層次的操控和組裝，不同細(xì)胞的精確三維排布希望獲得更好的闡明。
第二是生物模擬系統(tǒng)，建立能模擬特定勝利系統(tǒng)機(jī)能的介于幹細(xì)胞和人體之間的悲傷生理系統(tǒng)單元。我們在線不是單個(gè)細(xì)胞，也不是人體，我們在線是把細(xì)胞組成一個(gè)小單元，有一定的功能模擬。譬如是糖尿病，譬如說某種癌癥，我們在線拿一定的細(xì)胞裝成這麼一個(gè)結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)就是藥物的篩選和疾病機(jī)理研究提供了基礎(chǔ)。體外進(jìn)行心、腎、肝、神經(jīng)系統(tǒng)的研究，對具有複雜藥理活性的中國傳統(tǒng)中藥研究具有重大的應(yīng)用價(jià)值和意義。配合基因芯片等生物信息分析技術(shù)，可以研究藥物對複雜疾病的藥理作用，並進(jìn)行高效的藥物篩選。
組織工程體外的培養(yǎng)模型和制造的數(shù)據(jù)庫。因?yàn)槲覀冇袛?shù)字人體的模型，我們應(yīng)當(dāng)還有很多更進(jìn)一步的模型。 還有人體結(jié)構(gòu)性的組織，譬如皮膚、骨頭、軟骨，基本上結(jié)構(gòu)性的組織，這些應(yīng)當(dāng)廣泛的開發(fā)和應(yīng)用，實(shí)用獲得20年以后。謝謝大伙兒
