在當(dāng)前的3D打印領(lǐng)域，3D生物打印器官可以被稱為圣杯之一，世界各地的眾多研究團(tuán)隊(duì)都正在努力實(shí)現(xiàn)3D打印可植入的組織。日前，哈佛大學(xué)的研究人員朝著這個(gè)方向完成了重要的一步。在一次探索心臟組織工程的嘗試中，由該校教授Kit Kevin Parker帶領(lǐng)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)打造出了一條“活”的微型魔鬼魚（又稱黃貂魚、刺鰩）。據(jù)悉這個(gè)神奇的生物機(jī)器人是用大鼠心臟肌肉組織和3D打印的黃建軟骨組成的，它能夠?qū)獾拿}動(dòng)產(chǎn)生反應(yīng)。

　　當(dāng)然，在這里“活”一定是打引號(hào)的，因?yàn)檫@條硬幣大小的魔鬼魚并不是真正活的。盡管這些組織細(xì)胞是活的，而且它們也能夠?qū)饩€產(chǎn)生反應(yīng)，以方便移動(dòng)，但該生物實(shí)際上并不能進(jìn)行自主決策、繁殖等。盡管如此，這也可以稱得上是顛覆性的突破，并足以推動(dòng)機(jī)器人、人工智能、生物工程和3D生物打印領(lǐng)域更多的創(chuàng)新。

　　對(duì)大多數(shù)顛覆性突破一樣，它也開始于一個(gè)簡(jiǎn)單的想法。兩年前，Parker教授帶著年輕的女兒去波士頓的新英格蘭水族館，在那里他看到自己的女兒完全沉迷于魔鬼魚。教授看著展覽，開始思考如何開發(fā)能夠以類似蜿蜒模式移動(dòng)的肌肉。“突然就像一道閃電擊中了我，它看起來很像心臟的肌肉層，這使我找到了用肌肉組織打造該系統(tǒng)的方法。”他回憶道。

　　左側(cè)是人造的魔鬼魚，右側(cè)是真正的魔鬼魚

　　這個(gè)不尋常的概念被Wyss研究員Sung-Jin Park接受，并迅速成為哈佛大學(xué)應(yīng)用科學(xué)與工程學(xué)院疾病生物物理學(xué)組研究人員的一個(gè)新的研究項(xiàng)目，牽涉其中的還有來自伊利諾伊大學(xué)、密歇根大學(xué)和斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員。

　　它是如何工作的？簡(jiǎn)單地說，這條小小的魔鬼魚結(jié)合工程、細(xì)胞培養(yǎng)、遺傳學(xué)和生物力學(xué)等領(lǐng)域的最新科技進(jìn)展于一體，其重量只有10克，其骨架是用非常薄的黃金3D打印而成的，上面還鋪了兩層薄薄的彈性聚合物。該聚合物上面覆蓋了大約20萬個(gè)活的心肌細(xì)胞，這些細(xì)胞取自大鼠的心肌。

　　為了控制細(xì)胞，團(tuán)隊(duì)使用了光遺傳學(xué)技術(shù)，這是一種神經(jīng)科學(xué)研究的常用方法，即用光來打開和關(guān)閉神經(jīng)。神經(jīng)元或心臟肌肉并不會(huì)自動(dòng)對(duì)光產(chǎn)生反應(yīng)，但通過光遺傳學(xué)，可以通過一段DNA對(duì)細(xì)胞進(jìn)行升級(jí)。這段特殊的DNA編碼代表了一種可以對(duì)光產(chǎn)生反應(yīng)的蛋白，從而使細(xì)胞呈現(xiàn)光敏感性。

　　如今，當(dāng)光線爆發(fā)時(shí)，經(jīng)過基因修改的細(xì)胞收縮，然后推動(dòng)鰭向下滑動(dòng)，當(dāng)細(xì)胞放松時(shí)，該人造魔鬼魚的骨架會(huì)將鰭收回來。結(jié)果就是這樣一個(gè)根據(jù)光線波動(dòng)來游泳的魔鬼魚機(jī)器人。

　　Parker教授指出，在這個(gè)設(shè)計(jì)中，細(xì)胞起到了傳感器和致動(dòng)器的作用，這既有好處也有缺點(diǎn)：雖然活的肌肉細(xì)胞比合成的致動(dòng)器更節(jié)能，但它們也很容易受傷害。為了保持其活力，它們需要浸泡在帶糖和鹽的溫暖溶液里。

　　在每個(gè)鰭上加上一個(gè)光源，使研究人員能夠分別刺激右側(cè)或左側(cè)的鰭，并操縱這個(gè)生物機(jī)器人向任意方向移動(dòng)。不同頻率的光可以控制鰭的速度，進(jìn)而改變魔鬼魚的速度。

　　在這個(gè)研究中，Park將其對(duì)于水生生物的興趣與他想要了解心臟及其解剖結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面是如何幫助血液在體內(nèi)移動(dòng)的需要結(jié)合了起來。泵送和液體運(yùn)動(dòng)是海洋里的生命形式都非常擅長的東西，他說。

　　盡管可能還要好幾年P(guān)arker才能夠打造出真正的人造心臟，不過這條幾乎活生生的3D打印鰩魚肯定是其朝著正確方向邁出的非常重要一步。目前這項(xiàng)研究被發(fā)表在了最新一期的《Science》雜志上，論文題目是《心臟制造者的下一步：一只“混合生物”鰩（Heartmaker's next step: a ray ‘biohybrid’）》。