TED 演讲的观众已经习惯于在了解技术进步时感到惊叹。然而，即使以 TED 的标准来看，维克森林再生医学研究所的安东尼·阿塔拉在 2011 年的演讲也令人惊叹。观众起初没有注意到，当阿塔拉在台上时，他身后的各种小瓶和喷嘴嗡嗡作响，进行着神秘的活动。大约在演讲进行到三分之二时，摄像机放大设备的内部骨架，显示它来回编织，将实验室培养的活细胞逐层沉积在中央平台上，其活动基于高度精确的三维数字渲染图。这个过程被称为 3D 打印，类似于喷墨打印机的操作，但在这里，打印机使用的不是墨水，而是活细胞溶液。最后，阿塔拉的机器逐层制造出了一个真人大小的由人体细胞制成的肾脏，就像个人 3D 打印机可以吐出一个塑料咖啡机替换零件一样。
对于超过 105,000 名等待器官捐赠的美国人来说，制造器官的直接快速方法将是一个受欢迎的进展。但是阿塔拉两年前展示的打印肾脏尚未准备好植入。它缺少两个关键要素：正常工作的血管和收集尿液的细管。如果没有这些或其他内部通道，肾脏等大型器官就无法将重要的营养物质和氧气输送到内部深处的细胞，也无法清除细胞内的废物，这些细胞很快就会死亡。研究人员曾尝试通过在每一层的正确位置留下孔洞，将这些空心结构逐层打印到器官中，但这种方法产生的管道可能会塌陷，接缝可能会在心脏泵出的血液压力下破裂。
宾夕法尼亚大学和麻省理工学院的一个科学家团队已经提出了一个解决这个问题的“甜蜜”方案。他们没有一次性打印器官及其内部血管，而是打印血管的可溶解糖模，然后在模具周围构建适当的细胞。之后，模具被冲洗掉，留下结构健全的通道，这些通道能够承受体内不同的血压水平。
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一个鼓舞人心的甜点
这个想法分两个阶段出现在 Jordan Miller（该项目的首席研究员之一，宾夕法尼亚大学的博士后研究员）的脑海中。首先，在参观“人体世界”展览中保存的人体遗骸和器官展品时，他看到标本制作者通过将硅胶注入血管系统，然后溶解掉剩余的有机组织，暴露了大型器官血管的网状结构。
米勒推测，创建一个合成模具来构建内部血管可能行得通，但溶解硅胶所需的化学物质对要添加的活细胞有毒。当他在一家高级餐厅用餐时，一道带有优雅的硬糖晶格的甜点让他找到了解决这个问题的方法。为什么不用糖来制作器官血管和其他腔室的模具呢？糖可以用水冲洗掉。
米勒和他的同事们改装了一台名为 RepRap 的开源 3D 打印机，用它打印出精心配比的糖混合物，制成各种尺寸的细丝，直径从约一毫米到 100 微米不等。
该团队使用这些细丝创建了一个理想化的血管网络版本，并在由此产生的糖框架上涂上生物友好型聚合物，以防止糖溶解过快。然后，科学家们将整个东西包裹在细胞外基质（参见第 52 页的“超级胶水疗法”）和内皮细胞（血管内壁细胞）的混合物中。最后，研究人员用水去除糖，最终得到了由活细胞组成的坚固血管。
然后轮到细胞发挥作用了。正如它们在体内所做的那样，它们开始重塑它们所在的血管——使整体结构更坚固，甚至在较大血管的末端创建微小的毛细血管。宾夕法尼亚大学组织微制造实验室主任克里斯托弗·陈说：“通过让细胞填充一些细节，我们不必完美地设计结构。” 本质上，身体可以接管几乎完成的器官的精细修饰，使其完全发挥功能。
迄今为止，陈、米勒及其同事已经创造了含有糖模血管的肝组织块，并将它们植入啮齿动物体内，以证明它们可以与现有的血管系统整合。这些组织碎片不能代替整个器官，但很容易看出，在完全发育的血管网络上添加肝脏、肾脏或胰腺细胞有一天可能会导致 3D 打印更大的身体部位。
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