《明镜周刊》驻硅谷特派员汤玛斯．舒兹（Thomas Schulz），以独家渠道深入硅谷秘密研究实验室与工作现场，汇集超过150次以上的访谈内容，以观察入微的细腻笔触带领读者由浅入深，一窥这个当红产业的独家内幕。
合成生物学，多方应用创意无限
种种以人工重现自然的尝试，其实是某个研究领域的一部分，而且日趋重要，这个领域就是合成生物学。在这个领域中，医学专家与生物学家仿佛化身为工程师：他们设计与构建新的人造生物系统、器官与仪器。
控制基因、人造器官、合成生物，造物主不再是传统宗教中的神话，人类正不断验证自身、挑战成为这个代称的可能性。
他们也研发人造蛋白质，用细菌或纳米粒子制造生物侦测器，只要把它吞下肚，就能对人体内的毒素或重金属提出警示。研究人员正努力制出合成精子、卵子，甚至人造基因组：生命，就要自实验室诞生了。
而合成生物学，尤其更是“汇聚”这一概念的产物，因其集化学、物理、生物、信息工程、机械与电子工程之大成于一身。一个涵盖范围宽广，因此，对于该如何为它下定义也意见分歧的领域。
不过，若要如以下说明来理解该领域，应该也相去不远：一种被医学界与生物界越来越视为科技手工业的各种尝试，一个与传统医学天差地远、专供巧手工程师以新概念发挥创意的空间。
科学家为动脉堵塞的实验鼠注入细长聚球蓝细菌，当灯光照射时，细菌产生氧气供老鼠缺氧的心肌细胞使用，从而改善了心脏的整体功能。
其中，还包括以下这种方法：将光合细菌急速送入心脏里，用以阻止心肌梗塞病情恶化。心肌梗塞是因动脉堵塞而致使心脏组织坏死，是个可用手术停止其病程的症状，但手术产生效用通常已在发作一两个小时之后。这时，心脏多半已受到损害。
因该直以来，医学专家不断尝试另辟蹊径以改善心肌供氧状态。有种存在淡水中的细长聚球蓝细菌（cyanobacterium Synechococcus elongatus），向来以光合作用产生氧气，研究人员将其注射入动脉堵塞的实验鼠体内，并施以大量的光照⸺结果实验鼠的心脏功能立刻明显改善，比起那些梗塞发作后没有加以治疗的实验鼠，状况好很多。
各种合成生物学结合聪明计算机的创意应用范围，可说自具体实用至天方夜谭，从已实际采用，到仅停留在未来梦想阶段的都有。但这一切都已不是遥不可及。
除了Organovo之外，许多创业公司、实验室及越来越多大集团，也已陆续加入3D打印人类身体部位的行列。而目前已可成熟推出的产品，则是人造皮肤。
与其他部位相较之下，皮肤的生理构造是比较简单的，因此也较容易在体外仿制。2017年初，西班牙科学家发布了一种可在35分钟内印制出100平方厘米皮肤的生物打印机。该机器按照皮肤的构造，从真皮到表皮层层堆栈，内置细胞的血浆在模型里一层一层压制，最后并融合一起生长。目前这种合成皮肤已成功移植到小鼠身上。
“这个成果显示，3D生物打印技术所制出的生物结构皮肤，很适合作为治疗或工业用途之用，并且可自动化生产。”马德里大学(Universidad Complutense de Madrid，简称UCM)的科学家发布其皮肤打印机时这么说。
由3D打印机制造出的人类皮肤是否还有一般人肌肤的纹理呢？
这对于烧烫伤患者与患严重皮肤疾病的人来说，不啻为一大福利。除此之外，化学与化妆品集团也斥重金投资生物打印，因为人造皮肤可用于产品测试。
例如欧莱雅（L’Oreal），它已可自行在实验室制造合成皮肤，不过还未达到完全仿真的程度。因此，该集团便于2015年与Organovo结盟。另外，它还与法国创业公司Poitis合作研发人工发根⸺这可比印制合成皮肤复杂得多，因为毛囊是由至少十五种细胞类型组成。
还有宝硷（Procter & Gamble），无数清洁用品的生产厂商，旗下产品包括Ariel洗衣粉与Meister Proper清洁剂等等，以及德国化学公司巴斯夫（BASF）集团，也纷纷投资3D打印皮肤，用来测试产品的副作用。
许多创业公司正在进行的下一步，则是在所需的身体部位直接印制合成皮肤，进而取代原本繁复麻烦的移植手术。美国创业公司RenovaCare进行中的实验，是一种伤口治疗喷枪，皮肤干细胞可经由这种喷枪直接喷在烧烫伤口上。
目前市场上约有100种以上的医疗用3D打印机，并陆续有新的生物打印应用项目推出。几乎所有大型制药公司与医疗设备厂商，都有自家的合成生物学计划。
瑞士罗氏大药厂与两家生物科技公司合作研发人工胰脏；西门子（Siemens）则致力于研究“在生物反应器中制造器官的操作系统”，不仅提供各种不同的新式实验技术，也与符兹堡大学（Universität Würzburg）的组织工程与再生医学系合作。
合作项目中的研究人员已合成出一小段人类气管，并成功移植至重症病人体内。此外，他们也在研发人造皮肤的自动化生生产线。
有鉴于生物打印领域眼前所创出的繁荣，美国官方机构于2017年末首度发布一份指南，用以规范这些新技术的发展，并促进这些技术的进步。
“3D打印医疗设备、药物与人造生理组织，这些在不久前还属于未来想象的技术，感觉那么遥不可及的东西，如今已迅速成为可满足多方需求的事实。”前食品与药物管理局局长史考特．高特里布如此说。生物打印产品的研发与许可，想必将因而更加快脚步。欧洲相关机构也有类似的计划。
从合成肝脏开始，终结器官捐赠的漫长等待
不过，生理组织与皮肤只是第一步。最终目标，其实是为了在实验室再造人类身体的重要部位：我们的器官。全球每年约有十三万个器官移植病例。这数量不算多，但并不是饱受心脏、肾脏、肝脏或其他器官衰竭而有生命危险的患者不多，而是因为缺乏足够又适合的捐赠器官可移植。
世界各地的人体器官交易黑市一直是人道团体所关注、抨击的，等到人造器官普及后，这个问题能终结吗？目前技术上还有很长的一段路要走。
等待器官捐赠的名单是很绵长的，许多人等不到适合的器官就已先离世。德国2016年接受心脏移植的病患，还不及名单人数的一半；在英国，等待一颗可移植的肾脏需时3年半；而美国的情形则是，据专家估计，若有足够的器官与生理组织可供移植，每年将有上千上万人可免于死亡。
由此看来，人工器官的优点已不言而喻：有了人工器官，无人再须寄望善心人士捐赠器官，或等待某个捐赠者死亡以得到适合的器官。
有些专家很确信：几年之内，或至少在2020年代中，第一个可供移植的人体部位3D生物打印技术便可臻成熟。因为其相关技术，其实跟打印生理组织所用的技术没什么两样：在实验室制作准备器官所需的特定细胞，以凝胶或高分子聚合物发送，再根据计算机巨细无遗的编程内容，印制出一个三度空间的结构体。然后，细胞就会在此增长为一个有生命的器官。
依目前Organovo实验室确实可运行的肝脏组织看来，首先可行的必然是合成肝脏。不过在人工肾脏方面的研究也大有斩获。20年来，许多医师尝试以人工方式重建肾脏功能的运行，为的就是让数百万人免除洗肾透析治疗的痛苦，因为那是一个既耗时又累人的疗程，而且效果还远不如人类自己的肾脏。
哈佛研究人员日前以改良过的生物打印方法，成功生仿出肾脏繁复构造中的基本功能单位：即所谓的肾元（nephron），在肾脏中负责过滤血液。若能仿造出这个功能，理论上就有办法再造出整个肾脏。
但反之，在实验室中制造出人工心脏就困难多了，因为这个器官的内部结构复杂得不得了。
不过材料科学方面的进步又为人类带来了希望：苏黎世联邦理工学院的研究人员研发出一种硅胶做的心脏，外观上与人类心脏非常接近，跳动起来也宛如人类心脏⸺至少可持续一小阵子。其心室收缩则交由外部连接的唧筒负责，用以取代心肌的功能。
不过跳动约3,000下后，硅胶就会开始欲振乏力：这种心脏还没有办法运行超过45分钟，研究人员在科学期刊《人工器官》（Artificial Organs）上如此报导。是的，连器官工程领域的专业刊物都有了。