未來「3D生物列印技術」真的可以取代器官移植嗎？

文： 董乃昀

器官壞了怎麼辦？等著別人的捐贈還是動物器官的移植？台灣每年器捐人數不到兩百人，卻有近萬人等待適合自己的器官出現。如此絕望的供需失衡比例，在今日科技發達的應用之下，替患者帶來了一絲曙光。

如今，藉由3D列印技術，可用自己的細胞列印出自己的心臟、腎臟，苦苦等待器官捐贈的患者，難道可以拜新科技所賜，再也不用面對等不到器官的窘境了嗎 ？

當3D列印遇上醫療

在檢視新興的3D列印技術是否真的能夠解決器官短缺的文提前，先讓我們來一窺3D技術的應用層面！

3D列印（3D Printing）是一個在電腦控制下疊層原材料，印製成三維物體的過程。這樣的技術用在生物醫療領域，主要可以統整為四大部分：

一、模擬（Simulation）

過去許多需要手術的病患，細部病徵都得在醫生手術當下時，親眼所見後才能隨機應變、見招拆招。而在利用3D列印技術後，病患可以先做電腦斷層掃描（CT Scan）及磁振造影（MRI）影像、機器建模後，3D列出器官或內部組織模型，讓醫生在手術前即可更全面、精準的評估，以增加效率。

二、金屬植入物（Metal Implants）

骨外科重建等手術常需要用到金屬植入物，傳統作法只能靠電腦模擬、加工開模製成，與人體匹配度低。現在利用3D列印技術，經由病人掃描CT及MRI影像後，即可客製化印出符合生物相容性之金屬植入物，常見材料為Ti及Co-60，但須考慮人體排斥問題。

三、暫時性支撐材料（Temperate Material）

這種列印材料需能被人體吸收代謝，例如生物相容性PCL、蠶絲蛋白，用於泌尿道重建、下顎修補、心血管支架等，由於這項技術需通過藥物法規，進行三期臨床試驗，目前仍處於研究階段，遵循醫療研究法規進行實驗，在歐美、日本皆有成功案例。

四、生物列印（Bio-Printing）

若將暫時性支撐材料上面放上細胞，加上生長因子誘發細胞生長，就是近期如火如荼發展的「生物列印」，科學家希望利用幹細胞及自體細胞印出器官，取代器官移植，但目前技術只能印出有作用的局部組織，完整器官的列印仍是漫漫道路。

看似如此神奇的生物列印技術，到底在哪裡成功執行了呢？讓我們來看看各地成功應用的案例。

3D生物列印在世界各國趨勢

在電影「絕地再生」中的複製人，可以隨時提供主人所需的複製器官，在車禍、生病後無需等待器官捐贈，能使用沒有排斥反應、完全和自體細胞匹配的組織；而這樣的科技在今天看到了它的影子，那即是生物列印。

但到底還需過多久，才能實現如引言中所提到，解決成千上萬患者等不到適合器官已移植入自己體內的問題呢？讓我們從各國的發展，來一窺此技術目前的應用成熟程度。

美國Organovo公司在2015年成功列印出肝臟組織，且能維持功能40天，該公司將之運用於藥物試驗，減少實驗動物用量；康乃爾大學也列印出心臟瓣膜及耳朵軟骨，目前進行豬隻實驗中。

日本已經將3D列印人工脊椎骨應用在病人身上，並著力開發皮膚、軟骨與關節組織的生物列印。另外，德國也發展出新一代生物墨水，降低列印後與人體的排斥反應，而韓國、俄羅斯亦積極開發，急起直追。

台灣目前在國防醫學院、台北榮總及中國醫學大學附設醫院均有3D列印研發中心，透過醫療人員及工程師等跨領域合作，針對實際個案設計出1:1的骨頭、器官模型，讓醫療團隊能在術前精準規劃手術方式；也能客製化手術導板，協助手術進行。

生物列印與再生醫學的困境與突破

上述提到的列印器官技術，雖然看似酷炫新奇，但現實層面上仍尚有許多未解決的實踐問題。

從技術實踐的問題來看，首先，生物列印是用病患自體的細胞製作「生物墨水」，填入列印機噴頭。細胞數量、品質、能不能撐過噴射堆疊過程而順利存活下來，這是第一個難題。

再來，生物列印需要用「水凝膠」（hydrogel）等材質，做出器官的支架，讓細胞能附著在上面生長。待組織生成一定程度，支架需要被吸收或排出，這是第二關卡。最後，器官印出來後，血管能否與周遭組織相連接，順利輸送養分，也相當關鍵。

除了器官列印，每年為了藥物實驗犧牲的動物高達1.2億隻，若生物列印組織可以大量、標準化生產，落實動物福利之外，也因使用的是人體組織，實驗結果更接近現實。

而從法令規範的部分來說，醫療3D列印到底算不算醫療器材或藥物？各國沒有明確制定，只有美國尚在研議當中，目前實驗皆仰賴醫療研究法規來進行。也因為生物列印高度客製化，如何標準化流程制定，在商業化之前還有很大的挑戰。

預估在2025年，3D列印產值達70億美元，而其中生物列印將佔有五成之多。醫療3D列印解開了諸多人體奧秘，讓醫師在手術前就可以模擬病患體內情境、讓體內外植入物可以客製化，貼近每位病人的需要。

雖然目前列印出能獨立運作的器官仍有很大技術要突破，但取代部分器官移植、臨床試驗的光景指日可待。面對永不退流行的醫療市場、許多顛覆奇想的新發現，讓我們從造福人群的角度來看見商機。

本文經維京人酒吧授權轉載，原文發表於此

責任編輯：孫珞軒
核稿編輯：翁世航