在3D生物打印中，关键在于细胞。该过程从生成研究人员想要进行生物打印的细胞开始，然后细胞会根据指令变成某器官所特有的细胞类型。随后，这些细胞被转变成可打印的生物墨水，这涉及将它们与明胶或褐藻酸盐等材料混合，以使它们具有类似牙膏的黏稠度。斯坦福大学的实验室正在研究，如果干细胞以很高的密度挤在一起，它们如何自然地形成这种黏稠物，这会让3D打印器官完全由患者自身的细胞来形成。

斯凯拉-斯科特说，生物墨水会被装入注射器，并从喷嘴挤出，“就像蛋糕上的糖霜”。这就是实际的3D生物打印过程，它通常包括制造不同类型的细胞，每种细胞都装入一个不同的喷嘴。德维尔说，打印微型心脏花了大约4小时。一旦完成，打印出的组织有时会与泵相接，这个泵将驱动氧气和营养物质通过该组织。随着时间的推移，组织会自行发育，成熟度和功能也会增加。

这个大致的过程——虽然在这里被大大简化了——生成了博尼拉在得克萨斯州开展的移植手术中所用的外耳。在过去的大多数小耳症手术中，博尼拉会从病人的肋骨上提取软骨，以形成新的外耳。这一次，博尼拉对患者的另一只耳朵进行了一个小规模的活检，从活检中提取的软骨细胞经过培养形成了数十亿个细胞，这些细胞通过3D打印构成新的移植物。

博尼拉说：“与任何研究一样，为了尝试改进这项技术，未来会在各种患者身上重复3D打印器官移植手术。我们不确定这将在何时成为主要治疗方法，但前景是非常令人振奋的。”

3D生物打印的优势 

韦克福里斯特大学的科学家多年来一直在实验室里培育器官和组织。他们在实验室里用3D打印技术制造了一个微型肾脏和一个微型肝脏。下一项挑战是制造更大、更坚实的结构，并更充分地模拟器官功能。哈佛大学生物启发工程学教授珍妮弗·刘易斯说：“我们距离实现器官规模上的这一目标还很远。”

韦克福里斯特大学再生医学学院的创始主任安东尼·阿塔拉说：“我们已经能够打印像皮肤这样的扁平结构，像血管这样的管状结构，或者像膀胱这样的空心非管状器官。”阿塔拉说，较大的实心器官是不同的，这是“因为血管分布和营养方面的挑战。每厘米有那么多细胞”。

在某种程度上，有关细胞生成，问题在于质量。科学家们已经能够由干细胞制造出心脏细胞，但这个细胞却不会像你的心脏细胞那样强有力地跳动。生成的肝细胞和肾细胞也存在类似问题。斯凯拉-斯科特说：“在某些方面，3D生物打印领域正在等待基础生物学领域的科学家取得重大突破。”

还有数量的问题。德维尔说，制造一颗心脏需要“数以十亿计的细胞——而且你需要不同的细胞，甚至不同的心肌细胞”。斯凯拉-斯科特则说，为了给单个器官制造足够的细胞，一个设施需要安装一个10升的搅拌缸，每天可能要投入5000美元的材料，并连续运作几个月。最终目标是一个月制造数千个器官，而不是一个。

3D生物疗法公司的首席执行官兼联合创始人丹·科恩说，除此之外，还有组织如何融入人体，以及如何得到人体(包括血管、神经和多种细胞构成的复杂网络)的支持等问题。科恩说：“这不是说做不到。我对生物打印和更广泛意义上的再生医学抱有很大希望。”科恩20年前就开始在生物打印领域开展工作，当时该领域还没有一个正式的名字。