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【高端论坛】2014世界3D打印技术产业大会生物专场
【导读】 在6月下旬，世界3d打印大会在青岛举行。南极熊3D打印网也到了现场进行了大量的报道，详情请看南极熊报道。南极熊作为一个3d打印的专业媒体平台，一直致力于推动中国3D打印行业的发展。希望下面的一些内容对大家有所启发。
张人佶：我们现在开始，今天我们分会场的主题是3D打印技术在生物医学领域的应用。我们首先有一位演讲嘉宾Peter X.Ma，他来自美国密歇根大学，我们欢迎Peter X.Ma先生。
Peter X.Ma：非常感谢组委会邀请我来做这个报告，我是密歇根大学的教授，同时在口腔学院、工学院的教授，也就是生物工程高分子科学及材料科学的教授。
一开始简单介绍一下密歇根大学，大家知道密歇根大学是知道这个人，这是菲尔普斯，是密歇根大学的学生。最近是有冰上滑冰的冠军。密歇根最有名的是这个大的橄榄球场，每一个点就是一个人，这里面有11万人可以同时坐下来观看，也出了很多著名的球员，第一个我想举例子的是福特总统，当时也是密歇根的球员。还有些别的著名的，比如说最近的美国小姐，也是密歇根毕业的，所以这个学校是一个很全面的学校。
同时再说一下科学，密歇根也是一个很好的学校，这么多诺贝尔奖得主，其中有一个中国人，叫做丁肇中，是从密歇根毕业的，现在在麻省理工做教授。
开始讲之前我想首先感谢一下我自己实验室的情况，这是博士后，这是博士生，这是一些硕士和本科生，这有一些既是学医又是学工程的双博士，还有单纯学医的人在组里面。这是过去的一些人，从我组里毕业的一些人，现在有二三十人在当教授，在美国、巴西、中国、韩国等等，不一一介绍了。还有合作的人，也有美国的，也有德国的、中国的合作人，我就快速跳过去。
我在西安交通大学有一个点，成立了一个中心，叫做生物工程与再生医学中心。在这里面有五个教授，包括我自己也是，再下面就是一些博士生和硕博直读的研究生，这是一批人在那做研究。
我想一开始简单说一下为什么要做我们这个事，最主要的问题是组织的缺损和坏死等等造成很大的问题，对于病人来说。比如说每年在美国有800万手术来解决这些问题，组织修复等等，折合经费是4000亿美金，这是很大的数字。我在这举一个数字，这个400被87一除就是4.6，87是当时美国国会通过容许布什总统开战打伊拉克和阿富汗的经费，你们算一下可以打多少个国家，这是很大的一笔经费。
这是目前的状况，怎么解决这个问题呢？第一个是你在60年代的时候，上世纪60年代的时候，人们发明了这种办法抑制你的免疫系统，可以给你移植别人的器官进到你体内，只要不被排斥就可以活下来。但是最大的问题是没有那么多人捐献器官，比如说肝脏，90的人在等，很多人死在等的过程中。还有的就是给你用手术的办法重建，比如说在你身上，耳朵失去了，拿几条肋骨下来修成一个耳朵的形状放进去，这样也可以解决一些问题，但是少了几根肋骨，摔倒的时候少了几根保护心脏的肋骨，也是一个问题。解决一个问题制造另外一个问题，也不是很好的解决办法。在牙科和口腔里面，他们用大量的替代物，就是一些死的材料，用到人体上。这也有很多问题，在牙科还过得去，比如说一腿断了，用合晶管子放进去，小孩一直在长，但是合晶不长，过一段时间又得换一次。
总之，因为这些现有的技术不能解决医疗上真正的需要，只能解决很少一部分，就有这么几个大人物，他们提出想法，这是他们发表的报告，把细胞和材料混合在一起，材料可以讲解，材料讲解之后就生成了组织。就是在这一年我被他们雇去做博士后，也是他们俩的协调人，所以我在哈佛和MIT两边跑，一边花三天时间，一边花两天时间。当时就想证明，比如说用软骨细胞放在材料上最后转成软骨，骨细胞放在材料上就长成骨头等等，这些想法当时都陆续得到了一些证明。我当时做了一个机器，用这个机器可以做出一些纤维来，这些县委的尺寸15微米左右，这么一个乱七八糟的纤维，但是细胞可以长进去。细节我就不讲了。
证明可以用这个材料和细胞混在一起长成各种各样的，所以我们做了很多文章，有很多的合作人当时在做这件事情。
但是有一个问题，比如说你要给别人找软骨的时候，首先把他的软骨细胞拿下来，这是一个很痛苦的事情，你把他的膝盖打开，这是不可行的。后来就用到干细胞，它可以长成任何的组织和器官，可以分化到各个方向去，这个是非常激动人心的事情。具体我就不去解释干细胞了，但是干细胞是最近的时期了，比如说是第一个胎盘干细胞，做出来这个细胞是1981年，这是老鼠身上做的。到人的干细胞就到1998年了，没多少年的事情，所以人对细胞了解的程度很浅。胎盘干细胞有很多问题，人们用IPS把它变成干细胞，这样也可以解决问题。但是很激动人心的事情是这种细胞可以变成人体任意的细胞，但是它最大的问题是什么呢？最大的问题就是可以变成任何的细胞，不一定是变成你想要的细胞。比如说你要长骨头，它可能长出来乱七八糟的，有皮肤，有肝，所以就有很多问题。
我们的想法就是怎么用这个材料来指导它变成你想要的这种组织，材料和干细胞结合起来，设计这种微环境来控制它的生长。第一步首先是材料，当时也没有什么想法，我当时的想法是模仿人体，人体体内有一种胶原，现在大家都在用，胶原到处都有。怎么去做这种东西？我们想用合成的材料去做，当时我就有个想法，告诉了我当时唯一的一个博士后，当时组里面就有一个人。我就说我看到胶原是这样一种线性的分子，细胞分泌出来以后它就自组装起来，就形成一种纤维的结构，然后进一步组装形成纤维。用线性高分子是不是在某种情况下可以让它们自己组装起来，这个最后成功了，可以把高分子放在一定的溶液里面，现在觉得很简单，但是当时想都不敢想这个事。
但是它没有孔，孔非常小，细胞进不去，想让细胞进去，当时第二步的工作就是怎么把孔做出来。大家知道在生物领域里做的激动人心的事情是怎么把基因消除，把基因塞进去。学生物学的说你就在才俩上打孔，这有什么学问？但是这还是有很多学问，要打很小的孔是不容易的事情。当时我们没什么钱，去买了一些糖，把它融了以后拉成丝，排起来，拉成丝，用镊子一根一根摆好，最后把复合物扔到水里面去，就变成这种多孔的结构。大家现在用3D打印做这种结构，我们当时用这个。我们说这个结构叫自组装，是它自己组装的。
后来它就变得等能耐了，各种角度，垂直的、45度的，可以变成各种各样的取向。但是细微的结构在这个表面上还是纳米级的纤维。后来我们又想了一个办法，做小球，把这些小球溶解掉之后就得到了孔，这种孔也可以结合在一起，表面上就有这种纳米结构，在小倍数的时候可以看到大孔。
后来再招一个学生进来之后想到用计算机打印，做更复杂的结构。这时候买了一个仪器，一层一层打，也是打出一个模具来，就得到了这种多孔的材料，可以既是多孔的，又是大孔状的结构。同时可以设计人体的器官了，因为它是用计算机设计，可以把人体一扫描，得到他的骨头结构，哪有缺陷，把缺陷的地方拿出来，设计3D打印打出来这种结构，里面要打出孔来，把纳米和微米宏观的结构一次做出来。这个既可以做一些骨头的结构，也可以做一些软骨的结构，像这个例子是做耳朵，直接打印，不用从肋骨上拿一个东西再去修，这样可能就会对病人快一点，少了些痛苦。这个时候就证明它可以长出骨头来等等，细节我就不讲了，因为时间的关系。后来发现它为什么长骨头，选择性的吸收了一些蛋白，这种蛋白促进了细胞的生长，细胞具有不同的形貌，就导致了基因表达的变化。这个细节也不讲了，有发表的东西，时间关系就跳过去了。后来用这个东西去控制干细胞分化，就可以把干细胞变成骨头细胞，在这材料上长。
再举一个例子，像骨质疏松，有一种药叫PTH，这种东西可以减缓这个情况，先给你打一针，要打好长时间。病人是不太喜欢这个事情，每天打一针很不方便。我们在想一个办法，做一种表面降解的东西，里面打印一层一层的，这一层一层降解之后就变成一个药物，这样就可以放在皮下，就代替这个了，不需要每天去打一针。现在我们也用这种东西做再生。
最后结束的时候我想快速说一下我们最近的发展是做了一些小球，它有这种结构，它是一个微米的小球，但是它表面上是纳米的纤维结构，但是这样的结构可以注射到体内。它里面又是空心的，里面外面都可以长细胞，这样长出来的软骨细胞就非常好，达到了和正常软骨一样的力学性能。这是在兔子里面做的，现在我们做更大的动物，想应用到人体上来。这是一些项目，这是现在的项目，主要是NAH，也有DOD、NSF等等公司在支持我们做这些事情。
感谢大家，因为这个机器的问题我可能花的时间比别人多了，表示抱歉。这是我发表的一些书，大家有兴趣可以看看。谢谢。
肝脏可能是比较难的一个器脏，现在短期内不好说，但是也是有希望，很多人在做这个，包括我的合作者在德国，他是医生，他有一个团队做这个事情。包括美国的合作者也在做这个事情。我也不敢说不能实现，但是这个可能要花很多时间，总之是一些不容易的事情。
骨头看起来能实现，但实际上并不一定完全能实现，真正用到骨头或者软骨，我们现在做到小动物和大动物，前面也有一些人做过人体的，但是真正说彻底修复，还没有达到，在人体上也只是达到了一种纤维性的软骨，它不是纯粹的软骨。我们希望用小球达到这个程度，因为我们在兔子身上完全达到了，一个非常正常的软骨，想下一步解决这个问题，现在做大动物，做猪和狗的动物实验。
我想骨和软骨这类结构性的材料，现在已经到了实现的边缘，因为这种东西要说一个很准确的时间是很难的，但是应该说是在近些年的事情，已经有很多地方在做人体实验了，所以大量的开始做了。应该说3D在组织工程上的应用还是挺大。
那就这样，谢谢大家。
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