3D打印人体组织：哈佛教授探索器官再生新方向

"我们能否用你自己的细胞，为你打造专属组织？"哈佛大学教授詹妮弗·刘易斯在2025年米尔德里德·德雷塞尔豪斯讲座上提出了这一问题。该讲座由MIT.nano主办，于11月3日举行。她表示，这项研究的终极目标，是实现可用于临床治疗的完整器官级组织构建。

刘易斯现任哈佛大学汉斯约格·威斯仿生工程学教授，正通过3D打印技术的持续创新推进这一宏大目标。在这场吸引逾500名线上线下观众参与的演讲中，她系统分享了实验室在软体电子器件、机器人及生命科学领域中3D打印组件功能提升方面的最新成果。

"材料的制造方式决定了它的结构，进而影响其性能，"刘易斯说，"这个认知让我眼前一亮——3D打印不只是制作原型和成形，更能在多个尺度上精准调控局部成分、结构与性能。"

作为一名材料科学家，刘易斯回忆了自己加入哈佛、转型投身生物打印与生物工程领域时，如何学习生物学语言这一过程。粒子与聚合物如何与干细胞及细胞外基质相提并论？她指出，两者的共同需求在于：需要一种能被嵌入后再去除的材料，从而留下开放的通道。为此，刘易斯实验室开发了新型3D打印方法、精密打印头设计以及黏弹性墨水——这种墨水可在液态与固态之间自由切换。

展示一段名为"Octobot"的软体机器章鱼运动视频时，刘易斯介绍了团队如何研发出两种牺牲性墨水，分别在加热或冷却时发生流固转变。这一概念源于自然界的启示——植物会对触碰、光照、温度和水分作出动态响应。Octobot采用牺牲性墨水与嵌入式打印工艺，实现了真正意义上的三维自由成形打印，而非逐层堆叠，从而造就了一款完全柔性的自主机器人。其中心处的振荡电路控制燃料（过氧化氢）流向，驱动机械臂随充气与放气节律上下摆动。

从机器人到器官工程

"我们如何将形态变化运用于组织工程？"刘易斯问道，"正如血液在体内持续流动，我们也可以实现持续不断的愈合供给。"

刘易斯实验室目前正致力于利用患者自身细胞构建人体组织，重点方向涵盖心脏、肾脏和脑部组织。她解释，这项研究的驱动力，不仅来自病患对人体器官的迫切需求，更在于接受捐献器官意味着患者终身须服用免疫抑制药物。若组织能由患者自身细胞构建，则与其自身机体的相容性将大幅提升。

"正如我们为嵌入式打印功能性与结构性材料而开发黏弹性基质一样，"刘易斯说，"我们可以利用干细胞，结合牺牲性写入方法，构建可灌注的血管网络。"这一技术被刘易斯命名为SWIFT——功能性组织中的牺牲性写入法。实验室研究结果显示，干细胞分化为心脏构建单元后，起初各自独立跳动；而在被压缩至支持SWIFT操作的更紧密空间后，这些构建单元会相互融合，形成同步跳动的统一组织。随后，团队利用随温度变化而固化或液化的明胶墨水，打印出人体血管的复杂结构，再将墨水冲洗去除，留下开放的管腔。该通道保持畅通，模拟出可供流体持续主动流通的血管网络。"我们的下一步，是将这项技术拓展至不同组织类型，并引入多尺度血管化的构建机制，"刘易斯说。

致敬米尔德里德·德雷塞尔豪斯

演讲尾声，刘易斯深情回顾了德雷塞尔豪斯对她职业生涯的深远影响。"我想将这次演讲献给米莉·德雷塞尔豪斯，"她说，并引用了米莉的一句名言："校园里有一位女性教授，最大的意义在于告诉女学生：你也可以做到。"刘易斯于20世纪80年代末以材料科学与工程专业研究生身份就读于MIT，彼时工程领域女性博士寥寥无几。她感慨道："仅仅是看到她这样的人物，就已深深激励了我。我由衷感谢她为一切所付出的努力，感谢她作为学生、教师，乃至时至今日，所给予的无尽启迪。"

讲座结束后，刘易斯与MIT机械工程系组织工程尤金·贝尔职业发展助理教授丽图·拉曼共同参与了问答环节，探讨内容涵盖3D打印硬件与软件、组织修复与再生，以及太空生物打印等议题。

"德雷塞尔豪斯教授和刘易斯教授都为科学作出了卓越贡献，也成为包括我在内众多MIT社区成员的精神榜样，"拉曼说，"在我自己的组织工程研究生涯中，刘易斯教授及其团队所开发的工具与技术，对我实验室的研究方向产生了深刻影响，并在关键时刻提供了有力支撑。"

本次活动是第七届德雷塞尔豪斯讲座。该讲座以已故MIT学院教授米尔德里德·德雷塞尔豪斯命名——她被誉为"碳科学女王"。这一年度盛会旨在表彰来自全球科学与工程领域的杰出人物，其领导力与影响力需与德雷塞尔豪斯的生平、成就及精神价值相契合。

"刘易斯教授在很多方面都完美诠释了米莉·德雷塞尔豪斯的精神，"MIT.nano主任弗拉基米尔·布洛维奇说，"米莉的开创性贡献举世公认，而刘易斯教授在3D打印与仿生材料领域的开创性工作，正是对这一精神遗产的传承与延续。"

Q&A

Q1：SWIFT技术是什么？它在器官制造中如何应用？

A：SWIFT是"功能性组织中的牺牲性写入法"的简称，由詹妮弗·刘易斯实验室开发。该技术利用干细胞构建心脏等组织，通过在组织内部写入牺牲性墨水形成血管通道，再将墨水冲洗去除，留下开放管腔，模拟真实血管网络，实现流体的持续流通，为构建可灌注的人体组织提供了关键技术支撑。

Q2：用患者自身细胞打印器官有什么优势？

A：最大优势在于生物相容性。目前接受捐献器官的患者需要终身服用免疫抑制药物，以防止排斥反应。若器官或组织由患者自身细胞构建，则与自身机体的匹配度大幅提高，可有效降低排斥风险，减少对免疫抑制药物的依赖，从根本上改善患者的生活质量和治疗效果。

Q3：刘易斯实验室开发的黏弹性墨水有什么特点？

A：黏弹性墨水是刘易斯实验室专为3D生物打印研发的核心材料，其最大特点是可在液态与固态之间自由切换。在打印过程中，墨水可作为牺牲材料被嵌入组织结构，完成打印后通过温度变化使其液化并冲洗去除，从而在组织内部留下开放通道，为构建仿生血管网络提供了关键材料基础。