3D列印與組織再生

3D列印技術起源於1980年代，概念是將多種可黏合材料，利用逐層列印方式產生立體結構物，早期用於製造工業元件，隨著電腦輔助設計、電腦輔助製造以及材料科學的進步，逐漸使這項技術趨於成熟，直到1995年，美國麻省理工學院開發出積層製造專利製程(3DP^TM)，進而創造出3D列印的名稱。目前常見的3D列印材料包含金屬、高分子、陶瓷以及生醫材料等，成型的方式有熔融沉積成型術(Fused Deposition Modeling，FDM)、立體光刻成型術(Stereolithography，SLA)、選擇型雷射燒結術(Selective Laser Sintering，SLS)、噴墨列印術(Inkjet printing)與3D生物列印術(3D Biopriting)。3D列印已有實際的醫學應用，結合電腦斷層掃描與核磁共振攝影影像，透過電腦輔助設計軟體處理，將高解析的2D影像建構為3D立體結構，再列印出客製化的植體，例如頭蓋骨、顏面骨、下顎骨、人造骨盆、牙齒、氣管夾具等。

細胞、支架與生物訊號是組織工程的三大要素，也是組織工程結構物植入成功的關鍵，運用3D列印技術可以製造出比傳統技術更仿生的生物支架，透過控制支架的纖維排列、機械強度、孔隙率、孔徑大小、孔洞連結等細部結構，調控幹細胞的生長與分化。3D列印技術亦可依據組織基質不同，列印多重基質結構，以關節軟骨再生為例，硬骨端以膠原蛋白第一型為主要材料，軟骨端則以膠原蛋白第二型為主，列印出上下雙層結構，使之與人體組織更為相似，甚至可以在植入組織中列印血管，以提高組織再生的成功率。

近期發展的3D生物列印術，是將列印的原材料替代為「生物墨水」，亦即病患體內萃取的幹細胞或成體細胞，將生物墨水混合膠狀基質，層層堆疊出人體器官外型，並於培養皿中進行組織培養，待器官成熟後再植入人體，此技術目前仍處於動物實驗階段，一旦通過臨床實驗，將可大幅降低器官捐贈不足與移植等待過久的問題，避免傳統器官移植所造成的排斥風險，對醫療產業造成重大變革。

(作者係物治系老師)