在迈阿密大学新开设的3D生物打印实验室里，医学的未来看起来很像科幻小说。想象一下能够修复人体的微型机器人设备、专门设计用来追踪癌细胞的分子，以及能够在10分钟内创建人造耳的打印机。
"你可能以为这是科幻小说，但事实并非如此。这是现实。"迈阿密大学米勒医学院生物化学和分子生物学系主任西尔维娅·多内特（Sylvia Daunert）表示。
这座耗资500万美元的设施位于迈阿密医疗区的迈阿密大学米勒医学院，研究人员正在使用活细胞、蛋白质和生物材料创建3D打印组织、骨骼和其他生物结构。该实验室是南佛罗里达州唯一同类设施，旨在推进再生医学、药物开发和个性化治疗的研究。
医学院的教职员工希望这项技术能促进广泛的临床和研究应用，包括用于伤口愈合的工程皮肤和软骨、骨再生支架、患者特定的手术模型，以及设计用于通过皮肤递送药物的微针。
（图：2026年6月2日，迈阿密，迈阿密大学米勒医学院3D生物打印设施中，一个3D打印的骨盆被用作术前规划、患者教育和手术培训的参考模型。摄影：Marra X. Finkelstein）
实验室的一个项目专注于帮助因创伤性损伤而失去大段骨骼的患者。在国家卫生研究院和美国国防部的资助下，研究人员开发了一种3D打印材料，旨在为受伤的军人和其他创伤患者替换缺失的骨骼。
治疗大段骨缺损可能需要多次手术，即便如此，骨骼也不总能正常愈合。
"这确实很痛苦，而且不是一次性的手术。所以这个项目应运而生。对这类产品的需求巨大。"领导米勒医学院3D生物打印设施研究计划的保罗·G·科埃略（Paulo G. Coelho）博士表示。
（图：2026年6月2日，迈阿密，迈阿密大学米勒医学院3D生物打印设施的运营经理瓦苏德夫·维维卡南德·纳亚克（Vasudev Vivekanand Nayak）手持3D打印的骨再生组件——髓内钉和生物活性可吸收陶瓷支架，旁边是它们的数字渲染图。摄影：Marra X. Finkelstein）
研究人员开发的3D打印支架由与天然骨骼相同矿物质组成，具有开放结构，允许细胞和血管生长其中。该支架通过专门设计的3D打印棒插入，用于稳定骨折，然后可以植入患者体内。随着材料与人体融合，新骨在支架周围形成，帮助修复那些原本难以治疗的严重损伤。
该技术已在动物研究中显示出成功，研究人员表示他们正准备开始人体临床试验。
（图：2026年6月2日，迈阿密，迈阿密大学米勒医学院3D生物打印设施的运营经理瓦苏德夫·维维卡南德·纳亚克（Vasudev Vivekanand Nayak）演示了一种眶内容摘除假体——一种为失去眼睛的患者定制的人造眼和周围面部假体，该假体由3D打印模具制成。摄影：Marra X. Finkelstein）
尽管实验室正在创建骨骼植入物等大型结构，但该设施的运营经理瓦苏德夫·维维卡南德·纳亚克（Vasudev Vivekanand Nayak）表示，最重要的突破发生在肉眼几乎看不见的微小尺度上。其中包括纳米机器人——设计用于在体内执行任务的微型机器，如直接向病变细胞递送药物或监测患者健康状况。
"这里正在进行的微米和纳米级的工作，如用于药物递送的微针、纳米机器人的组件和其他微机电系统，可能对未来30年的医学发展更为重要。"纳亚克表示。
在实验室中，科学家们正在开发纳米级技术，包括实时跟踪患者健康状况并将数据直接传送给医生的可植入传感器，以及旨在帮助修复受损组织的靶向药物递送系统。
"我们确实拥有可以在体内进行修复的纳米机器人。它们拥有充当GPS的分子，可以找到癌细胞，或者找到需要修复的器官并到达那里，部署药物并进行修复。"多内特表示。
（图：2026年6月2日，迈阿密，迈阿密大学米勒医学院3D生物打印设施中，从左到右分别为：生物化学和分子生物学教授萨帕娜·德奥（Sapna Deo）、生物化学和分子生物学教授兼系主任西尔维娅·多内特（Sylvia Daunert）和领导米勒医学院3D生物打印设施研究计划的保罗·科埃略（Paulo Coelho）博士在交谈。摄影：Marra X. Finkelstein）
该设施还为未来的科学家和工程师提供了培训场所。
每周，有十几名学生在实验室工作，学习如何操作打印机、编写代码并参与研究项目。其中一台机器专门用于学生培训，让他们获得这项技术的实践经验。
"对我们来说，培训下一代科学家、工程师和医学科学家非常重要。他们完全是我们工作和研究的重要组成部分。"多内特表示。
尽管实验室正在开发的许多技术还需要数年时间才能惠及患者，但研究人员表示，该设施已经在手术室中产生了影响。
利用CT或MRI扫描和计算机辅助设计，实验室可以进行虚拟手术规划。虚拟环境用于绘制患者的确切解剖结构，并制造骨骼和器官的精确3D复制品，让外科医生在进入手术室之前规划复杂的手术程序。研究人员还可以打印定制的手术导板，帮助医生在手术中进行精确切割，减少手术室中的时间并提高准确性。
（图：2026年6月2日，迈阿密，迈阿密大学米勒医学院3D生物打印设施中，3D生物打印设施的运营经理瓦苏德夫·维维卡南德·纳亚克（Vasudev Vivekanand Nayak）将定制的黄色3D打印手术导板放在3D打印的头骨模型上。摄影：Marra X. Finkelstein）
这些打印的导板作为模板，外科医生可以在手术过程中直接放置在患者身上，消除了手工测量和标记手术标志点的需要。
展望未来，实验室正准备添加两台定制的robocasters（由实验室研究人员设计的机器），将用于打印硬组织再生的特殊材料，还可能帮助创建包括分层皮肤在内的复杂生物组织。
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