从3D打印心脏模型到真实心脏还有多远？
将3D打印技术应用于儿童先天性复杂型心脏病的治疗在国内现在也已多见，去年河南省人民医院利用3D打印技术为一名年龄仅1岁的复杂先心病患儿成功施行了先心病手术。该院儿童心脏中心的专家们以1：1的比例，打印出患儿的一个心脏模型，根据该模型专家们经过详细研究和论证，制定出最科学的手术方案，最终通过手术彻底矫治了该患儿复杂的心脏畸形。
因为心脏是立体结构，单纯依靠心脏彩超检查，不能直观地看到室缺和大动脉的关系，难以确定最科学的手术方案。近日又在3D打印技术的帮助下，一个三个月大的复杂心脏病患儿在南京儿童医院成功进行了首次房间隔缺损修补大手术，症状有了很大改善。但多发性室间缺损由于术中无法直视探查，也无法明确缺损的具体位置、大小及各缺损之间的相互关系，因此再次手术的盲目性非常大。该院用3D打印技术打印出与患儿一模一样的3D心脏模型。该模型不仅可以观察病变部位，且非常清楚展现病变部位与周围组织的关系。专家在模型上反复练习后，近日在患儿心脏不停跳的情况下，很快运用微创技术对室间缺进行了封堵。手术后一周患儿就脱离了呼吸机康复顺利。
上述可知，3D打印制造心脏模型已经不算新鲜。这种快速成型技术出现以来，一直以数字模型文件为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体。而3D打印真实心脏，涉及到的是3D打印技术中难度最高的一个分支——3D生物打印。
不同于普通3D打印使用的PVC塑料或金属，生物打印使用的材料是人体细胞和粘合剂。首先需要对人体进行CT扫描并通过计算机软件分析结果，建立人体的心脏模型，对细胞在每层组织中的位置做详细说明。其次再将模型进行分离，分别打印心脏的各个部件——心脏肌肉、血管、心脏瓣膜和电组织。
首先从成年人的骨髓和脂肪中提取干细胞，通过采用不同的成长因子，将干细胞分化成不同类型的其他细胞；心脏各个部件分别由不同类型的活细胞构成，生物打印机通过多个可以左右、前后、上下移动的生物打印头(bioprint head)，根据模型将相应细胞放在适当的位置，直到各个部件的三维结构完成。成功的再造器官至少由数十亿不同类型的活细胞构成，在实验室里培植和维持细胞的生命需要特别的程序和设备，它们需要营养、成长元素以及其他信息的交流。
并且人体细胞极为“娇嫩”，确保其在打印过程中成活非常困难，酸度、pH值、养分、二氧化碳等都对细胞的活性有很大的影响。最后，将打印成型的各部件放入孵化器中进行培养，依靠细胞自身的生物发育反应实现组合。细胞依靠天然的自我组织性质连接血管，最终组合每个部件，促成心脏的发育。这是3D打印心脏的最后一个步骤，如果一切顺利某一天听到培养皿中传来的跳动声，那么人类将再次创造历史！
目前人类生命科学的发展，还远不足以完成心脏3D打印这一过程。掌握生命的构成结构与创造一个活性机体之间的距离天差地远。人们对生命的认识还很有限，生命不是细胞、血管加神经就能简单复制的，其中的很多联系要比我们想象的复杂得多。更多挑战在于迄今为止人类对于微观世界的理解一直停留在二维水平。即使拥有现代计算机和制图软件，生物学家也很难从三维立体角度理解细胞与组织器官之间的相互联系。
目前一些医学团队有了一些半成功的尝试，2014年4月美国Louisville 大学的团队成功的打印出心脏瓣膜和小静脉，不过目前还没有在人体上实验过。所以，就像人们已经掌握了基因图谱，但是至今也无法合成生命一样。虽然3D打印心脏有方法了，但“革命尚未成功，同志还需努力”。不过可喜的是，我们已经见到过很多3D打印心脏模型被用于制定手术方案的事例，这无疑为医生和病人双方都带来了很大的好处。
相信随着技术的发展、普及和相关费用的下降，3D打印在未来很可能会成为一种常规的医疗辅助技术，为更多的病人解除病痛的折磨。伴随着“阿发狗”开拓的2016人工智能元年，越来越多的科学技术会跨越飞速进步，相信未来的某一天3D打印真实人类脏器成为现实，让我们对科技的发展多一点信心和期待。