加拿大麦吉尔大学健康中心（MUHC）研究人员正在结合虚拟现实（VR）与 3D 打印技术，探索通过局部修复受损肺组织来替代传统肺移植的可能性。研究团队利用 VR 精细观察肺部结构，并设计可 3D 打印的中空支架，用于连接健康气道、绕过失效组织。该研究聚焦肺再生医学与生物打印领域，仍处于临床前阶段，但为未来呼吸系统疾病治疗提供了新的技术方向。
麦吉尔大学健康中心研究所（RI-MUHC）的研究人员正在利用虚拟现实（VR）和 3D 打印技术，研究未来是否有可能通过修复受损肺部，而不是依赖肺移植，来治疗严重肺部疾病。
在位于蒙特利尔的一间实验室中，研究团队佩戴 VR 头显，对高度精细的肺部数字模型进行观察。他们可以在虚拟环境中沿着气道“行走”，识别受损区域，并规划在何处使用 3D 打印的中空结构，将健康的肺组织连接起来。
与肾脏或心脏等器官相比，肺移植的技术难度更高，移植后的长期效果也相对较差。与此同时，由于人口寿命延长以及环境因素等原因，呼吸系统疾病的发病率正在上升，而合适的肺部供体数量依然十分有限。
该项目由 MUHC 研究人员、加拿大肺再生医学卓越研究主席 Darcy Wagner 博士领导。研究团队的核心思路是进行有针对性的干预，制造类似“结构桥梁”的装置，用于绕过已经无法正常工作的肺组织。
MUHC 实验室中正在进行气道的 3D 打印。图片来源：CTV News / Dave Touniou。
工程化手段突破生物限制
据新闻报道，这一研究理念最早可以追溯到 Wagner 在德国慕尼黑工作的时期。当时，研究人员进行了一系列早期实验，用来验证是否能够稳定地制造出具有复杂内部几何结构的打印模型。
在其中一次测试中，团队打印了一个外形类似椒盐卷饼的结构，以此证明所使用的材料和工艺能够成功制造出中空、分支状的复杂形态，这些结构与呼吸系统内部的气道形态非常相似。
为了让这一方法能够在活体组织中应用，研究团队还必须自行开发专用的打印材料。目前使用的生物墨水是专门为肺部组织设计的，并不适用于心脏或皮肤等其他器官。
尽管已经取得一定进展，技术上的限制仍然是该项目面临的核心挑战之一。肺部中参与气体交换的一些微观结构尺寸仅约为 1 微米，远远小于现有 3D 打印设备所能实现的精度。因此，研究策略是先打印较大尺度的引导性结构，再依靠人体自身的细胞在植入后逐步形成更精细的组织结构。
目前，该研究仍处于早期的临床前阶段。此前的一些移植实验结果表明，该理念在生物学层面具有可行性。Wagner 表示，在实验中，受体的血管能够生长并进入植入的组织结构中。不过，这项研究尚未进入人体临床试验阶段。
肺组织生物打印的相关进展
虽然完全具备功能的生物打印肺尚未实现，但科研人员仍在不断推进肺组织模型的研究，用于疾病机理探索和新疗法评估。
此前，麦克马斯特大学衍生公司 Tessella Biosciences 开发了一种生物墨水，可用于 3D 打印柔软的肺组织。这种组织能够像真实肺部一样进行扩张和收缩，同时在体温条件下保持结构稳定。
与许多需要在低温下操作、且打印后容易失去形态的生物墨水不同，该材料可在一小时内完成柔性、可拉伸结构的打印，并在生理温度下保持形状稳定。这种生物墨水可兼容标准实验室生物打印设备，主要用于构建更真实的体外肺部模型，以支持呼吸系统疾病研究和治疗方案测试。
另一个值得关注的研究来自不列颠哥伦比亚大学奥肯那根（UBCO）校区的科研团队。他们生物打印了一种肺部模型，在含有功能性血管通道的支架中，整合了气道上皮细胞、成纤维细胞和内皮细胞。
该结构采用 PEGDA-GelMA（80:20）水凝胶制备，其杨氏模量为 10.7 kPa，与天然肺组织的力学特性范围相匹配，并能够维持较高的细胞存活率。该模型支持液体灌流，细胞组织结构正确，在暴露于香烟烟雾提取物后能够产生与疾病相关的炎症反应，相比传统的无血管体外模型，具有更高的生理真实度。
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