熊卓：器官打印治疗的时代，正在到来

【“科协十一大”精神学习进行时】

今年7月，国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会在北京隆重召开。习近平总书记出席并发表重要讲话，为做好新时代新征程科技工作和科协工作提供了重要遵循。本期，中国科协之声对话熊卓教授，解读正在走来的类器官打印治疗时代。

人物简介

熊卓，北京机械工程学会副理事长，中国机械工程学会生物制造工程分会、增材制造技术分会副主任委员，组织器官生物智造和修复再生北京市重点实验室主任。清华大学机械工程系党委书记、长聘教授。

“把大象放进冰箱”

每次向公众解释复杂的生物3D打印技术，熊卓都喜欢用一个经典的趣味问题开场：“把大象放进冰箱需要几步？”

这个看似轻松的玩笑，刚好能讲明白人工造器官的完整逻辑。如果人体的一颗心脏坏掉了，又没有合适的捐献者，怎样用细胞和材料在体外造出一颗能用的新心脏？熊卓给中学生科普时，会拆成简单四步：先备好“原材料”，选对合适的细胞和生物材料；再做好三维结构设计，画出器官的“施工图纸”；接着用生物打印机打印成型；最后也是最关键的一步，是体外培养和功能训练，让打印出来的器官慢慢拥有跳动、代谢的生命功能。

这个简单比喻的背后，是器官移植领域等待已久的“终极解决方案”。

如今器官移植的困境十分现实：自体移植是典型的“拆东墙补西墙”，用身体健康组织填补缺损，来源有限还会造成二次损伤；同种异体移植长期面临供体短缺、免疫排斥和感染风险等难题；异种移植面临着跨物种免疫屏障、尺寸不适配和潜在病原传播等风险。而利用患者自身来源细胞或是通过搭建通用干细胞库，打印培育组织器官，将其应用于病损组织的再生修复治疗，能够从根源上破解这些痛点，是行业公认更优质、更理想的技术路径。

但“终极方案”，并不容易实现。

传统生物3D打印，只能复刻器官的外形，却造不出内部血管网络。没有可灌注的血管输送养分、代谢废物，再逼真的打印器官也只是一副没有生命力的“空壳”，无法在体内正常工作。

太空打印发射前，熊卓团队在暗室调试荧光成像参数

熊卓团队研发的SPIRIT逐级悬浮打印技术，就是为了攻破这一难题。团队创新采用多级嵌入式打印模式：先在悬浮介质中嵌入打印出器官的整体外部结构，再通过专属“牺牲墨水”精准打印内部血管网络。依靠这项技术，2023年团队成功打印出含可灌注血管网络的心室模型，让器官打印真正实现了从“有形”到“有魂”的突破。

这项技术的终极目标，是走进临床、服务患者。然而，当被问及“多久能真正落地普及”时，熊卓的回答始终审慎而克制。“早些年我们也曾预判20年、30年的发展前景，现在回头看，生物制造涉及太多复杂变量，很难简单定论。”他唯一笃定的是：“这一天，一定会越来越近。”

飞向太空的打印机

2023年6月7日，酒泉卫星发射中心，一枚商业火箭成功升空，搭载着熊卓团队自研的肿瘤模型太空生物3D打印与培养系统，奔赴太空。

这套设备总重约6公斤，小巧轻便。在轨运行的5天时间里，它顺利完成了全球首次肿瘤模型太空3D打印实验，创下全新纪录。

实验带来了一个超出预期的重要发现：在地面治疗中对化疗药物高度耐受的肺癌细胞，进入太空微重力环境后，反而对药物变得敏感起来。这一意外收获，为肿瘤药物研发、癌症治疗打开了全新思路。

熊卓教授在火箭发射现场

其实这场太空实验，最初的初衷并没有这么宏大。团队最开始只是想简单验证一件事：太空环境下，能不能顺利完成生物3D打印。

空间站实验审批繁琐、发射窗口稀缺，等待周期漫长。“这样的前沿探索不能等”，熊卓团队果断选择依托商业卫星平台开展实验。

但商业搭载意味着极致的资源约束：空间狭小、算力有限、全程无人干预，容错率为零。为适配极端环境，团队自主设计荧光显微镜，搭配自研AI算法实现快速自动对焦，在低功耗、高速度的前提下，保障每一个操作环节精准落地。

“太空实验最大的挑战之一就是系统可靠性。一旦发射上天，就没有在轨补救机会，所有环节必须精准无误，一步错就全盘皆输。”熊卓坦言。

不同于传统航天不惜成本、追求单一零部件极致可靠的思路，这次实验他们走的是商业航天的新路径：依托成熟商用器件，快速迭代、快速试错，在有限条件里啃下硬骨头。“整个过程很多瞬间都惊心动魄，但也让我们收获满满。”

更难得的是，为解决太空无人对焦难题而引入的AI技术，原本是应急之举，后来却成为团队布局智能生物打印研究的全新起点。

政策的信号

2026年，让熊卓感受深刻的，不只是技术的持续突破，还有整个行业政策环境的积极向好。

国家“十五五”规划，明确将生物制造、干细胞、类器官列为重点前沿技术领域，为行业发展锚定了方向。今年，李强总理签署的《生物医学新技术临床研究和临床转化应用管理条例》（“818号令”）正式实施，为生物医疗新技术临床转化扫清了制度障碍。与此同时，国家医保局新增生物3D打印（组织/血管/器官）辅助操作费价格项目，意味着这项技术有望走完“从实验室成果到市场化定价”的关键一步，彻底打通落地通道。接连落地的重磅政策，让熊卓十分振奋：“我们的创新成果应用到临床的政策通道越来越清晰了。”

站在全球视角来看，熊卓对我国组织器官生物制造领域总体水平的判断十分清晰：“领跑和并跑并存。”目前我国在生物墨水、3D生物打印工艺、高精度打印装备等核心领域，产出了一大批标志性成果，发明专利数量全球第一，整体科研产出稳居世界前列。

在亮眼成绩之外，他也看到了行业创新的核心趋势。如今各类行业论坛和学术平台，不断打破学科边界，汇聚生物医学、材料、信息、人工智能等多领域专家跨界交流。在他看来，学科交叉，永远是重大创新的重要源头。

这种跨界融合的变化，在他所在的清华大学机械工程系体现得淋漓尽致。二十多年前，熊卓和同事琢磨“能不能打印活的生物组织”时，在传统机械工程领域显得格外另类。而现在，生物制造与医疗装备，已经成为系里核心发展方向之一，与微纳制造与IC装备、智能制造与机器人等学科方向并列。如今的机械工程，早已跳出大众认知里传统加工制造的范畴。

从1999年尝试打印生物材料，到2004年申请首个细胞打印专利，再到2023年把生物打印送上太空，二十余年深耕之路，支撑他走下来的，始终是最朴素的科研好奇心。

选一条穿透的路

对熊卓而言，科研路上最困扰他的，不是某一次实验的失败，而是方向的取舍。

“我日常思考最多的，就是科研选题和研究方向。”他说，一个看似聚焦的领域，往下细分就是无数条支路：做哪种器官？主攻材料还是工艺？深耕基础研究还是冲刺临床转化？选择太多，精力却有限。

“科研人员的职业生涯只有几十年，放在一个重大科学挑战面前，其实非常短暂。”因此他始终坚持，不做泛泛而谈、蜻蜓点水的研究，要在有限时间里找准核心切口，实现单点突破、深度穿透。

熊卓的选择很明确：沿着“基础研究—技术放大—临床应用”的完整链条走通、吃透，做能落地、能惠民的硬核研究。

熊卓与科研团队成员在一起

“人到中年，我们更希望在有生之年，真正做出一项能落地、能让普通百姓和患者实实在在受益的成果。”

他以骨修复研究举例，团队正在推进的自体来源类器官骨修复技术，目前已进入研究者发起的临床试验阶段。对比传统方案，它彻底摆脱了自体移植“拆东墙补西墙”的创伤问题，也规避了异体移植供体不足、感染风险高的弊端，是更理想的修复方案。

在他眼里，科研的价值不在于堆砌论文数量：“我们不想做很多看似热闹、实则无用的工作。深耕一个领域，做出真实突破，才是科研的意义。”

AI来了

如今，AI正在渗透生物打印科研与育人的每一个环节，悄然改变着熊卓的工作模式。

最早的改变来自太空实验，AI算法解决了无人设备自动对焦的核心难题。落地到日常科研，团队正在探索智能打印新模式，让打印机面对全新材料、全新细胞体系时，能够通过自主快速迭代，自动优化工艺、完成高精度打印，真正实现智能化升级。

相比科研赋能，AI对高校人才培养的冲击，让他思考更多。

“现在学生获取书本知识变得非常容易，AI可以快速整合所有标准化内容。”熊卓说，这也带来了新的挑战：当知识获取不再是难题，如何培养学生的独立思考能力、批判性思维和综合素养，就成了育人的核心。

他发现，如果教学模式一成不变，学生很容易丧失学习主动性。课堂知识点AI比老师讲得更全面，课后作业可以一键生成，学生渐渐不愿主动思考，彻底依赖工具，这也让基础学术训练失去意义。

同学们动手完成生物材料3D打印成型

针对这一问题，清华大学已出台专门的AI伦理使用指引，对本科生、研究生的AI使用场景做出明确规范，核心原则就是：绝不允许AI替代学生必须经历的学术训练。

即便挑战重重，熊卓依然保持乐观。在他看来，AI带来的不仅是冲击，更是契机，将倒逼整个教育和人才培养体系完成迭代升级。

在“生物材料工程与器件”课程结课时，熊卓与学生们合影，年轻人对这个新型交叉领域充满热情和信心

访谈最后，我们请他给准备入行的年轻人一些建议。

他的寄语简单却有力：“目光要放在自身能力成长上，不要只盯着学到的具体知识。”

他打了一个很通俗的比方：“具体知识就像每天吃进去的食物，而自身练就的能力，才是长在身上的肌肉。科研的核心是让自己变强，而非单纯积累知识。”

从1999年初探生物材料打印，到如今见证器官打印时代加速到来，二十余年科研征途，他始终相信：重大科学研究从不是流水线式的工业生产，好奇心、专注力与长期坚守，永远是科研最珍贵的底色。

来源：中国科协之声微信公众号