3D打印心臟橫空出世，能用嗎？是否靠譜 ？

人機共生的電子皮膚來了？假肢患者有望恢復觸覺？

1.7克的“大腦觀測器”，如何助力阿爾茲海默癥治療突破？

這些聽起來像科幻小說的場景，正在大灣區實驗室里成為現實！今天讓我們跟一起看看這些醫學“黑科技”如何走向我們的生活。

一顆跳動的心

從打印機里誕生？

心臟也能3D打印了？

在深圳清華大學研究院生物智能制造和活體打印研發中心，我們就見證了一顆心臟的誕生。 

器官3D打印，是用活性細胞打印出具有相同結構和功能的器官，那么要成功打印一顆心臟到底需要哪些步驟呢？

首先需要一臺生物3d打印機

準備生物打印用的“墨水”，墨水其實就是細胞，打印一個器官，需要非常多的細胞。

吸取生物墨水、將生物墨水轉入“墨盒”，設置打印參數，開始打印，這進行的第二次3D打印，最終將打印出器官或者類器官。

神奇的生物墨水

究竟長什么樣呢？  

別小看這個像粉絲一樣的結構，它其實就是細胞的豪宅，傳統細胞培養是在培養皿中，細胞單層貼壁生長，就像是躺在大通鋪上，生存條件并不好，而“粉絲”里的細胞，有著和人類體內相仿的立體空間結構。

深圳清華大學研究院生物智能制造研發中心主任 徐弢

“你看我們取其中的兩條，這一根長長的面條有那么10來億的數量，這個就像我們的骨髓腔里面的骨髓線一樣的，一條條骨髓線，它是形成一個家族式的生長，這就是我們的干細胞的應該待的環境。在這個環境下，給細胞就提供了一個五星級的家。”

活細胞+特殊營養因子+特殊生物材料=生物墨水

      器官打印難度排行榜

全球范圍內的器官短缺問題一直存在，如今，生物3D打印技術已在小型器官模型的構建中取得了一定進展。 那器官打印的難易程度到底是怎樣的呢？讓我們來做個排序吧。

3D打印類器官

精準篩選抗癌藥

數據顯示，中國 2022 年癌癥新增病例約 480 萬（占全球總數的 24%），癌癥死亡病例約 260 萬（占全球總數的 26.7%），兩數據均位列第一，中國成為癌癥負擔最重的國家之一。而在世界范圍內，肺癌再次成為全球第一大癌，乳腺癌則是女性新發和死亡最常見的癌癥。

癌癥是一類極為復雜的疾病，針對不同類型的癌癥，生物3D打印技術可以將癌癥細胞打印，做成腫瘤類器官，用于臨床上病人個性化藥物篩選，最終找到最合適的癌癥藥物， 對于試驗動輒百萬的免疫藥也降低了篩藥成本。

深圳清華大學研究院生物智能制造研發中心主任 徐弢

“比如說免疫藥本來就是非常昂貴，動輒幾十萬上百萬的都有，但是這種藥到底有沒有用？用我們這個模型完全就可以解決這個問題，把那種昂貴的靶向藥拿到給我們，初步篩一下，發現它能結合就趕緊用，沒結合那就不要用，那就可能換一種藥。”

“這個是針對腫瘤類器官的特質的，我們團隊獨立開發的，也是世界上首臺類器官的高通量生產的打印機。”

電子皮膚

能讓假肢擁有觸覺？

最近人形機器人大熱，未來機器人能夠和人類一樣擁有感知世界的能力嗎？

佩戴假肢的人也可以慢慢恢復知覺嗎？

今天我們來到了南方科技大學，這里有一個研究團隊研發出了一款神奇的電子皮膚。

電子皮膚

是一類柔性傳感器，具有類似人體皮膚一樣柔性、輕薄的形態，能夠和周圍環境進行交互。如何和設備面很好地貼合、包覆，這就對材料提出了很高的要求。

按壓電子皮膚，電子屏幕上便即刻顯示出相應的壓力感應示意圖

南方科技大學材料科學與工程系教授 郭傳飛

“在材料方面，我們表面的封裝材料它要柔軟，我們甚至最近開發了一種封裝材料，它可以耐穿刺，你拿針或者拿刀去戳它是不太容易戳破的。”

材料靈敏了，很多時候意味著傳感器測量的壓力就不能過大，科研人員通過材料創新兼顧了二者的平衡。

汽車輪胎測試

精細程度測試

南方科技大學材料科學與工程系教授 郭傳飛

“我們電子皮膚它既能檢測到非常小的一個力，比如毫克，又往上能測很大的壓力，比如說10個大氣壓，所以它既能干精細活又能干粗活。”

目前，殘障人士可以通過肌電信號來實現對假肢的控制，但假肢卻不具備觸覺的傳感功能。目前團隊正在研究的，就是如何讓假肢在擁有觸覺的同時，將交互產生的信號傳輸給大腦。一旦實現了這一功能，假肢便能夠為使用者提供更真實的使用感受。

南方科技大學材料科學與工程系教授 郭傳飛

“電子皮膚能夠刺激人的皮膚，比如一個殘疾人他可能沒有手了，但是其他的皮膚還是好的，我去用電刺激另外一個地方，讓他感覺到這里有震動或者是有其他的一些刺激，那么他經過長時間的訓練之后，就能感覺這是我這個手在摸到了某些東西或者是跟外界進行交互。”

記者

“等于說我用電流刺激就可以讓所剩無幾的觸感，被喚醒，好像有點助聽器的感覺。”

“大腦觀測器”

非侵入式腦機接口

破解腦部疾病的密碼

這些頭頂裝置和天線的老鼠們可不是在玩游戲，它們有著重要的任務，在深圳先進院，科學家們創造出了一款僅重1.7克可穿戴的腦機接口新工具。

它可以觀測到自由活動下小鼠神經元活動和血氧代謝的活動。

這是世界上第一臺能夠在自由活動的動物上面，以單個細胞的分辨率，觀察神經元放電和血流血氧變化的設備。

  深圳先進院醫學成像全國重點實驗室研究員 劉成波

“利用這個工具我們就可以研究腦卒中是什么時候發生的，有哪些方法能對卒中進行有效的干預，這個工具在一些重要的腦疾病里面有了它獨特的應用價值。通過神經血管耦聯，特別是通過一些前期的成像結果，我們發現血管的異常，可以盡早進行干預，防止癲癇的發作。”

深圳先進院醫學成像全國重點實驗室助理研究員 陳寧波

“在小鼠癲癇發作過程中的癲癇波的傳輸過程中，我們發現，在整個的癲癇爆發之前大概幾十秒的時間，我們可以觀測到部分的血管它有一個擴張，而且血氧有一個非常明顯的消耗。”

科研團隊表示，現階段對于研究神經血管的耦聯關系，通過血管活動反推神經活動可以大幅提高未來的醫學診斷速率。

深圳先進院醫學成像全國重點實驗室研究員 劉成波

“在神經退行性疾病里面，包括阿爾茲海默病、帕金森病，有一部分病人產生這些疾病的原因，是因為他的神經血管耦合的功能出現了退化，特別是老年人，往往他們發病是因為神經血管耦聯的功能出現了異常，導致神經不能夠去調控血管，從而導致神經的一些代謝廢物無法通過血管的通道排出體外，這樣就造成這些廢物在腦袋里面不斷的累積，經過多年之后，這些廢物就會對我們大腦造成一個難以逆轉的損害。所以通過所謂的神經血管耦聯，可以加速大腦里面代謝廢物的清除，當然這個過程實際上還涉及到進一步的血管跟一些類淋巴系統的一些關聯。”

科研人員告訴我們，這款雙模態成像探頭的分辨率達到1.5微米精度。

深圳先進院醫學成像全國重點實驗室副研究員 徐智強 

“我們成像技術具有非常高的空間分辨率，可以實現1.5微米分辨率，這是什么概念？它可以看清單個神經元細胞，同時它也能看清大腦里面最細的微血管，比如說毛細血管。”

而作為腦機接口新工具，這款非侵入設備的精度并不亞于侵入式腦機接口設備。

侵入式

非侵入式

深圳先進院醫學成像全國重點實驗室研究員 劉成波

“我們看神經利用的是共聚焦熒光成像，這個時候要對神經元進行蛋白的標記。我們看血管利用的是光聲成像，這個時候我們直接利用的就是血紅蛋白，但是目前遺憾的是在人體層面受限于人體倫理，目前還只能對大腦的血管血流進行觀測，還無法對神經活動進行直接觀測。所以在人體層面，我們恰恰是利用了神經血管耦聯的這種關系，通過觀察到的血流血氧的這些信號來反推神經的活動信息。”