3D生物打印技术的伦理思考

毛新志 李旭

摘要：3D生物打印融合了计算机技术、材料技术和生物技术等高新技术领域，有着广泛的应用前景，但同时存在被滥用于人体复制、非医学目的的增强等领域的潜在伦理风险，对现有的专利制度也将造成冲击。当前，应从制定伦理规范、开展伦理对话、完善法律法规与产业政策等多方面来应对生物打印技术引发的伦理问题。

关键词：3D生物打印；伦理问题；伦理风险

中图分类号：N031

文献标识码：A

2015年7月，北京大学人民医院成功完成了世界首例 3D 打印全骶骨假体治疗骶骨恶性肿瘤的手术，这是 3D 打印技术在该疾病治疗领域中的首次应用。骶骨切除术后重建一直是国际上骨肿瘤学界的一个难点。北京大学人民医院骨肿瘤科的医疗团队进行充分研究后，运用 3D 打印技术，根据患者骶骨切除术后的骨缺损，定制出一个表面具有金属孔隙结构的人工全骶骨假体，该假体可允许骨细胞长入空隙金属内，从而与脊柱、骨盆连接，更符合生物力学结构的功能重建。这一假体及重建方式均为世界首创，为骶骨恶性肿瘤切除后骨缺损的重建方式开辟了新途径[1]。近年来，随着3D生物打印技术取得的突破，其在医疗领域成功应用的事例逐渐增多。但作为一项高新技术，我们在关注其给人类带来福音的同时，也要重视其所可能产生的伦理问题。

一、3D生物打印的原理及其特点

（一）3D生物打印的工作原理

制造技术大体可分为三种类型。其一是等材制造，铸造、锻压、冲压等属于此类方法。其二为减材制造，木匠制造家具就是典型的减材制造。其三则为综合了数字化技术、新材料技术、光学技术等高新技术的增材制造（Additive Manufacturing，AM），俗称3D打印技术，其工作原理可以分为两个过程：其一是数据处理过程，利用三维计算机辅助设计（CAD）数据，将三维CAD图形分切成薄层，完成将三维数据分解成二维数据的过程；其二是制作过程，依据分层的二维数据，采用所选定的制造方法制作出与数据分层厚度相同的薄片，每层薄片按序叠加起来，就构成了三维实体，实现了从二维薄层到三维实体的制造过程。[2]2 3D生物打印是该项技术在生物医学领域的运用。狭义的3D生物打印是指通过生物打印设备逐层制造出活体细胞，即细胞打印；广义的3D生物打印除了细胞增材制造，还包括人体永久植入物的个性化制造与组织工程支架的增材制造。

（二）3D生物打印的特点

传统的制造工艺在加工原料的过程中无法实现多种原材料的有效融合，而3D打印技术可加工液体、粉末、丝等不同形态的离散材料，具有将材料多样组合的特点；3D生物打印在所使用的材料及最后的成品上则更具特点。以细胞打印为例，它使用的是一种内部悬浮着活细胞的可打印凝膠。当这种“生物活墨”被打印出来并放入培养器皿中，活细胞会分泌出一种物质进入水凝胶，从而最终形成一个支撑母体。这一母体是形成更复杂的生物活性组织的基础。目前有多种细胞打印技术，如细胞平板印刷技术、激光引导细胞打印和喷墨式打印技术等。其中细胞平板印刷技术打印速度快，但只能将细胞或 DNA 等注入特定模型中，形成简单的二维结构，其在生物芯片领域得到广泛应用，却不能满足组织工程构建复杂三维结构的需要。激光引导细胞打印技术，利用激光粒子效应产生的光压捕获并定向输出单个细胞，实现个体细胞的精确定位[3]；其虽然精度高（10μm），但耗时较长，目前多用于科研而无法作为生物打印产业化发展的主要技术手段。喷墨式细胞打印则已广泛应用于制造生物传感器、生物芯片、DNA 芯片、蛋白质芯片和非细胞聚合物的骨架组装等领域；在细胞打印方面，因其可在不产生高温的状态下高速打印微小“生物活墨”，因而特别适合活细胞的大量传输；其还可根据正常组织的三维扫描数据，实现微观结构中细胞的精确定点打印。喷墨式打印能制造出更加接近活体组织结构的三维复合制品，是今后细胞打印的主要发展方向。

二、3D生物打印的伦理思考

3D生物打印所具有的革命性的制造能力使其在生物医学领域有着广阔的应用前景，具体表现在人造器官技术的发展、医疗手段的革新和药品研制模式的创新等诸多方面。在积极运用3D生物打印技术的同时，我们也有必要从伦理的角度审视技术应用背后所潜在的伦理问题。

（一）生物打印与人体复制

3D生物打印在人造组织方面已取得一定突破，虽然离精确的人体复制还有漫长的距离，但技术发展的无限性让我们不得不思考这可能引发的伦理问题。通过生物打印来复制人体产生的伦理问题主要有以下两个方面：

第一，通过生物打印技术复制人会对现有的社会伦理秩序带来冲击。生物打印技术具有的精确制造的特性，使得人类能够像生产工业产品一样来制造至少在外貌上与原体相似的人。原体与复制人之间不存在世代、血缘关系，但我们又不能否定复制人与原体之间存在着某种伦理关系[4]。复制人的出现会对家庭、代际关系带来诸多不确定性。家庭关系的混乱、世代概念的模糊，会导致基于其之上的诸多法律，如婚姻关系、继承关系等也将被重新界定，社会随之会陷入观念失范、秩序失衡的状态。

第二，通过生物打印复制人，是对人类独特价值的一种挑战，违背了尊重的伦理原则。生物打印技术是科技登峰造极的产物，而当人类或人类的某个器官像流水线上的工业品一般通过这种高新技术被不断复制时，人的地位与价值也将丧失殆尽。在每种技术发展的初始阶段，技术上的不成熟会带来实验的失败或残次品的产生，生物打印技术也不例外。技术上的不成熟加之人体的复杂性会导致以生物打印为手段而生产的人造器官成为废弃物或“复制人”存在各项生理缺陷，这将造成资源的浪费，对复制人本身来讲也是对其尊严的蔑视。复制人的出现可以满足人类的一些需求，如代替自己从事劳动、成为移植器官的“寄存工厂”等，但正如康德所言：“永远不要简单地把人当作工具，而永远要当作目的，不论是对你自己还是对于他人。”[5]复制人的出现与存在完全被作为一种手段，来满足制造者的需要，其本身的尊严与价值也就无法得到保障。

（二）生物打印与增强技术

如果说通过生物打印来复制人在现阶段还遥不可及，那生物打印运用于增强领域所产生的伦理风险就是现实性的，需要引起足够重视。在医疗领域，传统方法制造的人造器官在人体内永远是异物，而通过生物打印得到的组织工程植入物则可形成活的组织，参与人体新陈代谢。[2]105目前，国内外已通过3D生物打印研制出了生物活性人工软骨等组织结构体。3D生物打印的这一特性使其成为实现增强人体各项机能的重要技术手段。所谓“增强”，是指运用现代生物学等高新技术来提高人的体能、延长人的寿命和提升人的认知水平等，从而实现人体机能的提升与生活状态的改善[6]；其按最终目的可分为非医学治疗目的的增强和以医学治疗为目的的增强。3D生物打印在组织工程支架的增材制造、细胞打印等领域有了初步应用，这为实现某些医学治疗目的的增强提供了可能。但若将3D生物打印用以增强正常人的某种“性状”或“能力”，比如增加身高、提高奔跑速度、增强骨骼坚韧度、甚至是提高认知能力，这类以3D生物打印为技术支持的非医学治疗目的的增强则会有违背公平性伦理原则的风险。试想，植入了生物打印组织或器官的运动员能够提升某种身体机能从而在某项运动能力上拥有比较优势，或者在其运动生涯里始终保持高水平的竞技状态，这对于其他参赛者来说是不公平的，也最终会让竞技体育失去生命力与价值。

将3D生物打印运用到非医学治疗目的的增强上，也会影响正常的人际交往，进而危及整个社会道德体系。通过3D生物打印制造的高性能隐形眼镜或纳米芯片若植入人体，则能提高人的视觉、听觉能力。在人际交往中，这将对他人隐私构成威胁，违背了正直、尊重的伦理原则，也将使人际交往中的诚信原则丧失意义。甚至，通过植入生物打印技术制造的纳米装置或生物芯片，这种器械性增强技术还将使遥控他人成为现实。科学家正在尝试将神经工程与信息技术结合，这种“联合遥测技术”可以使目标个体的大脑意识发生双层分离，创建“虚拟代理人”以完成个体决策[7]。换言之，外界通過植入的芯片实现了控制个体决策过程的目的。

当操纵他人可以借助于3D生物打印实现时，信任以及人际关系就丧失了存在的意义，社会伦理道德体系也将趋于崩塌。

（三）生物打印专利与公正原则

专利是指一项发明创造的首创者所享有的受法律保护的独享权益。我国《专利法》中所称的发明创造是指发明、实用新型和外观设计。3D生物打印所涉及的专利主要有两个层面：一是原始创新性技术及3D打印机等硬件设备，二是在创新性技术基础上制造的生物医学制品。符合专利法规定的3D生物打印技术成果可授予专利，但可以授予专利权并非就一定应该授予专利权。我国《专利法》第一章第五条明确规定：“对违反国家法律、社会公德或者妨害公共利益的发明创造，不授予专利权。”这要求凡授予专利权的技术成果都要符合社会公德或不损害公众权益。针对专利权的独占性特点，应特别关注那些申请授予专利权的技术成果是否有违公正原则。

所谓公正，即要“按照道德上正确的和适当的方式对待每个人，给予每个人以他/她所应得到的利益。”[8]伦理的公正原则要求3D生物打印技术的应用能够以公平、正义的方式惠及每一个公民。但专利的独占性，一定程度上会限制公民广泛地享有这项技术的发展成果。从宏观上讲，不加限制地给3D生物打印技术成果授予专利权，会阻碍技术发挥带动整个人类社会进步的作用；具体到一些国家，政府主导的3D生物打印科研项目的经费部分来自于纳税人，而享有科研成果专利权益的只是科研人员、并不是全体纳税人，这也有违公正原则。

此外，3D生物打印融合了计算机、材料、光学等领域的尖端技术，开展生物打印研究是对一个国家的科技实力的挑战。生物打印技术的复杂性与技术本身的稀缺性意味着在生物打印发展过程中会引发资源配置的马太效应，那些掌握初始技术优势、占有更多专利的国家、机构或个人能够形成资源占有与技术发展的良性循环。试想，若忽视这种技术发展引发的马太效应，而对3D生物打印的专利授予持全面开放态度，那么已经具备初始优势的发达国家和大公司就会对该项技术形成长期的垄断，这会严重损害发展中国家和公民个人的利益，技术上的这种独占最终会造成国与国之间、社会各阶层之间两极分化越来越严重。这也与专利制度促进人类科技进步与提升人类福祉的初衷是相背的。

三、应对3D生物打印伦理问题的举措

技术的加速变迁支撑着现代社会的高速发展，同时也强烈冲击着现有的伦理价值体系；这种冲击同时伴随着人类对技术发展不确定性的不安。“科学理应使世界的可预测性增强，但与此同时，科学已造成新的不确定性——其中许多具有全球性，对这些捉摸不定的因素，我们基本上无法用以往的经验来消除。”[9]作为一项高新技术，生物打印同样有着众多的不确定性。面对3D生物打印技术用于人体复制、非医学目的增强所产生的伦理与技术风险，以及生物打印技术专利所潜在的消极影响，有必要研究和制定针对生物打印技术的伦理规范，并建立健全相关的法律法规及产业发展政策。

（一）制定伦理规范，开展伦理审查

对3D生物打印技术的伦理规制，首先应制定科学的伦理规范，以指导生物打印技术的科研与技术成果运用活动，应明确禁止将生物打印技术用于非医学治疗目的的人体复制与增强领域的研究。此外，还要依托现有的伦理审查委员会或增设专门的材料技术伦理审查机构，对生物打印科研活动是否违背伦理规范进行审查，并对技术成果潜在的伦理风险进行评估。通过预先的审查与评估来杜绝生物打印科研活动中的伦理违规现象，并尽可能降低这种新兴技术在应用过程中所产生的不确定性。

（二）建立伦理对话机制，增进公众对生物打印技术的认知

对3D生物打印技术的伦理规制，要借鉴转基因技术等高新技术的伦理治理经验与教训。转基因技术在一些国家引起种种争议，除技术本身的因素外，还源于公众对技术的认知度不足，这种认知上的不足又加深了公众对政府关于转基因技术决策的不信任。鉴于此，在制定生物打印技术伦理规范、进行相关决策时要以公众与政府、专家间的伦理对话为基础。要确保生物打印技术的伦理规范的合法性与权威性，就要对技术的发展达成某种程度的共识；而诉诸理性的对话是达到赞同或共识的有效途径。这种伦理对话不仅包括科学共同体内部持不同意见的学者之间的对话，还应是囊括技术的研究者、监管者及受技术影响的公众这三方的对话。随着生物打印技术的广泛应用，具有多元价值取向的公众对其的伦理敏感性也会逐步提升，而伦理对话机制为那些对该项技术具有伦理关切的公众提供了充分发表个人意见的平台。通过对话，能够增进公众对生物打印技术的认知，为尽可能多的公民参与涉及生物打印的伦理商谈与技术决策提供了可能，从而能够就生物打印技术的伦理问题形成有效的社会公众监督，有助于规避此项技术应用过程中的伦理风险。

（三）完善有关生物打印技术专利的法律規定

生物打印具有精确的复制能力，其成品也具有生物活性，这使得生物打印专利区别于一般的专利；我国现有的专利法规已滞后于生物打印技术的发展。当前，应针对生物打印技术的特点来完善我国的专利法规，以缓解其对专利保护制度的冲击。鉴于生物打印技术的潜在风险，专利法规要对生物打印技术专利的申报、审批及专利成果应用范围等问题作出详细、明确的规定。在专利评审过程中尤其要注重对生物打印技术专利安全性的评估，将对其安全性评估的程序与方法以法律法规的形式确定下来，同时要建立生物打印专利的安全性评估中心和相关技术标准， 从而为生物打印专利的安全性评估提供法律保障与科学依据。

在完善专利法规的同时，我们也应关注专利保护的初衷，即保护创新成果以此来促进创新。创新需要思想与技术的自由流动，而保护从某种程度上讲是一种禁止，或者只是有限范围内的流动。因此，面对发展前景广阔的生物打印技术所带来的冲击，我国的专利保护制度不能仅依靠一成不变的法律条文来进行僵化的“保护”，而应积极地变革自身。诸如引入保护期更短的“微专利”制度等，以此来协调技术创新人员与社会大众之间的利益关系。

（四）制定生物打印产业发展政策，确立我国生物打印的技术优势

对于作为当前高新技术代表的生物打印技术，我们要以正确的态度来看待它，即在正视该项技术潜在伦理风险并采取相应预防措施的同时，积极促进生物打印产业的健康发展。在制定明确的伦理规范、建立有效的对话机制和完善相关法律法规的前提下，国家还应出台促进生物打印发展的产业政策，首先要促进生物打印技术与信息技术、医疗技术和材料技术等技术领域的融合，加速科研成果向经济效益、产业实力的转化。其次，要促进生物打印技术的科研创新，鼓励我国的技术公司积极参与国际间的技术交流，以此确立我国在生物打印领域的技术优势，避免在生物打印技术专利方面受制于他国。

四、结 语

著名的《经济学人》杂志（The Economist）曾评价道：“3D打印”将与其他数字技术一同促成全球范围内的“第三次工业革命”（A third industrial revolution），3D生物打印已经向世人展示了其创新性与强大的制造能力。我们在关注生物打印广阔应用前景的同时，也要自觉地以伦理的力量来约束此项技术的发展。面对生物打印技术用于人体复制与非医学治疗目的的增强所潜在的伦理风险，以及其对现有的专利保护制度的冲击，我们要采取制定伦理规范、开展伦理审查，完善伦理对话机制与相关法律法规、产业政策等措施，来引导生物打印技术的发展与应用，以此来实现技术提升人类福祉的目的。

[参考文献]

[1]田雅婷.我国实现3D打印全骶骨假体治疗骶骨恶性肿瘤[N].光明日报，2015-07-14（006）.

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[3]麻荪香，柴 岗.hBMSCs的生物打印初步研究[J].中国修复重建外科杂志，2009（4）：497-500.

[4]刘 扬.关于纳米技术的伦理思考[D].大连：大连理工大学，2006：5.

[5]康 德.道德形而上学原理[M].上海：上海人民出版社，2012：89.

[6]谢 忱.认知增强技术的伦理审视[J].牡丹江大学学报，2012（7）：56-58.

[7]王 璐，曾华锋.增强技术的伦理反思[J].科学技术哲学研究，2013（3）：63-69.

[8]彭立静.人体基因专利保护的伦理反思[J].道德与文明，2009（2）：92-96.

[9]吉登斯.现代性的后果[M].上海：译林出版社，2000：115.

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