近年來，我國生物醫學工程創新成果不斷涌現，正在為人類生命健康領域帶來全新的可能。未來，人體身上破損或者有病變的地方可以直接在原位打印修復嗎?活性的人體器官有沒有可能通過生物打印機直接3D打印出來?失明的患者可能通過植入納米材料或者生物芯片重見光明嗎?這些想象離真正實現還有多遠?生物醫學工程技術：重塑健康未來
2025年6月，我國科研團隊找到哺乳動物器官再生的“分子開關”，首次讓受傷的成年小鼠重新長出了耳廓軟骨和神經組織。
8月，全球首個直徑超1厘米的活體心臟類器官在上海實驗室被成功培育，它來源于人源干細胞，具有天然活性和低排異性，為未來的器官移植帶來新希望。
近年來，生物醫學工程的創新成果不斷涌現。從人工關節、心臟支架，到智能假肢、3D打印器官，科學家們正用工程化手段改造和重建人體。
未來，生物醫學工程技術將成為人類與疾病抗衡的一個關鍵力量，幫助我們重塑健康未來。
什么是類器官?活性類器官如何打印?
全球首個直徑超1厘米的活體心臟類器官今年8月在上海培育成功。什么是類器官?類器官可以理解成一種“迷你簡化版的器官模型”，是由干細胞在體外經特定誘導培養而成的，能模擬真實器官結構與功能的微小組織，可以用于疾病建模、藥物篩選及個性化治療等等。現在，活性人體類器官已經可以通過生物打印機直接3D打印出來了。紙張打印需要墨水，普通的3D打印機需要特定的塑料、樹脂、金屬粉末等打印原料，打印活性類器官的生物打印機要用什么來打印呢?跟隨記者到實驗室里去看一看。
耳朵、骨骼、心臟、喉管……你可能很難想象，這些類器官都是3D打印出來的，不是冰冷的樹脂模型，而是具有生命活性的3D類器官。打印一個器官，往往需要幾十億甚至上百億個細胞。
走進深圳清華大學研究院生物智能制造和活體打印研發中心，就像走入一個神秘的細胞生產工廠，用于生物打印的原材料——細胞，就是在這里生產出來的。傳統培養皿里，細胞貼壁生長，就像擠在集體宿舍的大通鋪上，而細胞工廠里的細胞卻住進了神奇的立體溫室。
總臺央視記者 張春玲：這個粉絲狀的物質，就是用來打印類器官的生物墨水的載體。這樣一個一米多長的材料就含有數十億活體細胞，就好像一個超級“細胞工廠”。
各類用于打印的功能細胞住進這樣一個柔軟舒適且類生物組織的生長環境里，溫度濕度營養按需供給，就能飛速且大量的擴增。
深圳清華大學研究院研發中心主任 徐弢：我們要做人的組織器官，它首先需要超大量的細胞，不再說我們幾千萬個，我們要十幾億甚至上百億的細胞。
從干細胞分化成各類功能細胞再進行培養擴增，得到了大量的細胞。這些細胞同水凝膠、活性因子融合在一起，就變成了3D打印的生物墨水。得到特定的生物墨水，接下來，我們就要進入打印環節了。徐教授團隊花費十年時間研發出高科技的生物3D打印機。
深圳清華大學研究院研發中心主任 徐弢：傳統的打印機它不涉及打活物質，就是活細胞。所以我們在做這種生物打印機的時候，就要充分考慮機械的損害、熱的損害，我們要盡量去避免。
實驗室里正在打印的是一個類器官耳朵。通過三維建模，打印機就可以自動逐層打印出我們想用的類器官了，打印精度可以達到100微米甚至更低。
深圳清華大學研究院中心平臺聯培醫生 陳小雷：之后我們會進行進一步的培養，有時候我們會增加特定的生長因子，讓里面我們提取的細胞來定向進行一個軟骨的分化，來達到我們不管是機械強度或者是塑形的外觀要求，有助于我們臨床上比如說患者的耳朵的重塑。
科研人員介紹，經過近三十年發展，器官打印從純科學概念或幻想正逐步走向現實。現在，皮膚、軟骨、骨支架等簡單組織和膀胱等小型類器官已實現打印并用于臨床。雖然打印復雜器官仍然處在科研階段，但已經為再生醫學和個性化治療提供了一個新的可能。
探秘安全又高效的“類器官試藥”
生物打印機打印出的皮膚、神經、心臟組織等類器官，有一個非常高效的應用就是為人類試藥。具體怎么操作、有什么好處?繼續到實驗室里一探究竟。
在深圳清華大學研究院的一間實驗室里，記者看到一臺設備正在高速運轉，細長的噴頭來回移動，不到一分鐘，就將上百個直徑僅兩三根頭發絲粗細的小球，均勻地“擠”進實驗板孔里。它們是做什么用的呢?
深圳清華大學研究院研發中心副主任 陳建偉：這個是一個高通量的類器官打印設備，我們把臨床的癌癥患者的組織和生物材料進行混合，然后在體外高效地把癌癥患者的腫瘤器官模擬出來。我們可以把它分到不同的試藥腔室去。
傳統癌癥治療方案篩選是要在患者身上“盲試”，而“類器官試藥”可以先讓“迷你腫瘤模型”替患者進行嘗試。這里的每個小格子，都住著一個“類器官試藥員”，一次就可以同時測試多種藥物和劑量，篩選出最有效的治療方案，目前這樣的細胞試藥已經走入臨床。
而在另一間實驗室，記者體驗了一個全新的原位打印技術，模擬在受傷的皮膚組織上直接打印出一個新皮膚。這一技術還可以深入到人體內部，用微創的方式進行“原位打印”，就像一個高級裁縫，在身體發生損壞的地方修修補補。
深圳清華大學研究院研發中心主任 徐弢：我們把帶著活細胞的生物墨水在心臟梗死的區域進行打印，形成了一個叫心臟補片，這樣的心臟補片就可以修復我們壞死的心肌組織。
細胞打印、器官打印、原位打印，這些新的生物醫學工程技術正在打開未來醫學的全新大門。現在，科學家們還在不斷提升打印精度，設計構建復雜微結構和血管網絡，同時在嘗試解決打印器官的長期功能維持與穩定性等問題，這些挑戰的解決，正在推動人工制造的“器官”從“形態模擬”真正邁向的“生命功能復現”。
跨學科交叉聯動 為失明動物裝上“超能眼”
生物醫學工程技術的進步給人類健康帶來無限遐想。而不同學科科研團隊的跨界協作也正帶來全新的發現。最近，來自上海三個國家重點實驗室的科研人員就通過跨界合作，開發出了全球首款超寬光譜視覺假體，它不僅可以讓失明的動物恢復對可見光的感知能力，甚至還能讓它像電影中的超能英雄一樣“看見紅外線”。
植入視覺假體的小鼠在關閉可見光后，能夠辨別出呈現不同形狀的紅外光提示信號，具備了紅外感光能力，這個科幻場景正在實驗室真實上演。而讓這一幕成真的，就是顯微鏡上放置的這個小小的設備。在顯微鏡的放大下，我們可以看到在這個只有指甲蓋二十分之一大小的超薄貼片里面，布滿了密密麻麻像“頭發絲”一樣的納米線。它可以不依賴電池，不需要外部攝像頭，植入眼底，就能激活殘存神經細胞，讓視網膜變性患者能夠重新感知可見光，更可以看見“人類未看見過的光”。
中國科學院上海技術物理研究所 胡偉達：人的眼睛里面的視網膜的感光細胞，就像我們站著的短頭發一樣，它是密密排布的。每一個感光細胞都連接著1-2根神經細胞，我們就想象能不能把我們長出來這種一片的密集的納米線，直接替換眼球里面的感光細胞，這樣就可以快速形成一個類似于人的眼球功能的這種感光的一個細胞。
納米材料設計完成了，但如何把這個材料做成一個精密的器件，并提高它的光電轉換效率，就變成了工程技術難題。團隊把研發的接力棒，傳遞到了復旦大學全國重點實驗室——集成芯片與系統全國重點實驗室。
復旦大學集成芯片與系統全國重點實驗室 王水源：一開始我們的光電流密度可能只有0.1，甚至是0.01這樣的安培每平方厘米這樣的一個量級，最后的話我們可以把它通過我們一系列的優化，把它做到了30安每平方厘米的這么一個效果，達到了目前世界上所報道的已知體系中的最高水平。
作為一個植入眼球內的仿生器件，它還要通過生物實驗驗證效果并不斷迭代。于是，復旦大學腦功能與腦疾病全國重點實驗室又作為重要參與者發揮了作用，通過盲鼠模型的測試，尋找最佳的效果和安全解決方案。
復旦大學腦功能與腦疾病全國重點實驗室 姜承勇：這個材料從我們最開始做的第一個版本，到我們投稿之前最后版本改了大概10多個版本，我們需要測試這個材料。所以我們再反饋給生長做材料合成的、材料生長的實驗室，他們會對材料生長的條件進行控制優化。
7年的不斷磨合探索，這個聯合了三個全國重點實驗室團隊打造出來的科研成果，發表在了國際知名學術期刊《科學》雜志上，打破學科界限、跨實驗室的合作，成了生物醫學工程領域的一個創新合作范式。現在團隊的研發還在繼續，這種前端是器件，后端是神經元，硅基與碳基的融合，也有望為腦機接口、器官修復等技術的發展提供更多新的思路和打開方式。
戰略布局 推動生命科學產業創新發展
去年兩會，政府工作報告中提出制定未來產業發展規劃，開辟量子技術、生命科學等新賽道。同年，工信部、科技部等七部門發布的關于推動未來產業創新發展的實施意見中，也在“未來健康”方向提出加快細胞和基因技術等前沿技術產業化。生命科學不僅被納入國家戰略視野，不少地方也在積極布局推動。
上海率先布局類器官創新生態圈。自2021年起，圍繞輔助藥物篩選、藥效試驗和個性化醫療等領域布局支持了一批類器官和器官芯片等創新項目。
湖北將類器官等列為生物醫藥產業重點方向，目標到2027年，生物醫藥產業規模達2500億。
深圳在今年頒發的全鏈條支持醫藥和醫療器械發展措施中，也將細胞治療、基因治療、生物制造等前沿方向列為重點資助對象。
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