昨天電視新聞中播出，羅慧夫顱顏基金會的募款活動，一位小耳症童的媽媽，哽咽吐露孩子出生就小耳症的心路歷程。讓人聯想到之前有看過一篇3D列印的相關研究，關於如何能夠在生物體內的位置，直接列印生物組織，不經過手術移植。當時看到的示範動畫，就是應用近红外光(Near Infrared, NIR)進行3D生物列印，建立一個耳朵的例子。如果這種技術成熟，將來是不是就可以用來，幫助小耳症患者，在外觀上建立一個和另一邊一模一樣的耳朵。
3D列印-數位光學處理
這是一篇發表在Science Advances 的研究，研究團隊開發數位光學處理(Digital Light Processing, DLP以)，應用近紅外光束來3D列印人耳。這個新方法，不需要手術，可以讓醫生修復患者的耳朵。以3D生物列印的技術來說，要直接在生物組織上做列印，或者數位光學處理技術，都已經有開發了。但是過去的列印方式，都需要把傷口直接暴露出來，再將生物墨水等材料推疊上去。而UV或藍光的DLP技術，也因為光聚合反應，被用來輔助生物列印。但這兩種光的組織穿透性不足，無法應用在非侵入(non-invasive)的列印方式，這也是研究團隊採用近紅外線的原因。如果可以精準控制近紅外線，有機會可以讓組織下的生物墨水反應，定型為要列印的型狀。
在耳朵的位置，列印耳朵
以列印耳朵為例，首先要把另外一邊的耳朵複製，建立3D模型。在要進行列印的位置，皮下注射生物墨水。然後將近紅外線，透過數位微鏡裝置(Digital Micromirror Device, DMD)晶片投射到這個位置，藉以啟動生物墨水在空間中產生光聚合反應，然後這個影像可以回傳，再發出適當的近紅外光，如此一層一層的讓耳朵成形。這裡提到，是常用的生物墨水，具有生物相容性的水凝膠單體，gelatin methacryloyl(GelMA)。以這樣的方式，測試列印200微米的高度，需要15秒鐘。複製這樣的製程，研究員列印耳朵形狀的軟骨，之後將耳朵細胞在列印後培養七天，一個月後，這個耳朵成形且形狀不變。簡單而言，就是以光的能量，穿透過組織，將注射到組織內的生物墨水，一層一層的成形。
為什麼要近紅外光
事實上,這種光固化材料的想法，我們去看牙醫補牙的時候，也有用到。現在補牙都填入樹脂，然後醫生用一個藍色的光照一下，樹酯凝固就補好了。近紅外光的波長較藍光和紫外光長，有較好的穿透性。這個研究的案例中，研究團隊以980nm的近紅外光，透過鏡片照射組織和已經注射入組織的生物墨水，生物墨水中有UCNP@LAP nanoinitiators ，遇到光後，980nm的光轉換為385nm，讓生物墨水產生光聚合作用。比較讓人覺得挑戰的，是這種層層成形的方式，如果要精準控制光的位置和成行特定型狀的物體，就需要非常的精準才行。
生物列印指日可待
相信實際執行，技術上還有很多挑戰。離臨床應用還有一段路要走，但是現在列印心臟、腎臟、血管，從數年前科學家摸索，甚至對3D列印陌生，到現在大家做得有模有樣，已經是成長很多。
醫療應用的成果，如同3D列印一般，也是一步步堆疊起來的。
圖片來源：Burst@Pexels
文章參考：Science Advances
