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全球第一个 3D 打印的「人造心脏」诞生了

浏览量:155 2019-04-17

编者按:本文来自“爱范儿”,作者 吴志奇。


全球第一个 3D 打印的「人造心脏」诞生了


3D 打印界又迎来了一次重大突破。


4 月 15 日,特拉维夫大学的研究人员使用患者自己的细胞和生物材料「打印」了世界上第一个 3D 血管化心脏,并在《Advanced Science》中发表了研究成果。


这也是第一次有人成功设计和「打印」了充满细胞、血管、心室的完整心脏。


全球第一个 3D 打印的「人造心脏」诞生了


据世卫组织(WTO)数据,心血管疾病是全球造成死亡最多的病因,而心脏移植是目前终末期心力衰竭患者唯一可用的治疗方法,但心脏捐献者严重短缺。


这次的成果意味着,心脏移植将能够人工完成,心脏病患者未来也不会在死亡倒计时一天天临近时,只能等待着心脏捐献带来的渺茫希望。


在这之前,再生医学领域的科学家只能通过 3D 技术打印出没有血管的简单组织,以促进心脏更完全地愈合。


全球第一个 3D 打印的「人造心脏」诞生了

▲ 生物医学工程副教授 Brenda Ogle(右)和博士生 Molly Kupfer,给老鼠加上打印出的心脏贴片


而这次是人体细胞和患者特异性生物材料制成的一个完整心脏。


研究人员通过从志愿患者身体取出一份脂肪样本,然后将脂肪分离成细胞和非细胞材料,随后细胞被编程为多能干细胞(一类具有自我更新、自我复制能力的多潜能细胞,能分化成任何类型的体细胞),而非细胞材料(主要由胶原蛋白和糖蛋白组成)就被制成水凝胶,相当于印刷的「墨水」。


全球第一个 3D 打印的「人造心脏」诞生了

▲ 图片来自:特拉维夫大学官网


在与水凝胶混合后,细胞被分化成心脏或内皮细胞(后者是排列血管内表面的细胞),随后 3D 生物打印机就能够逐层构建生物组织,产生与患者特异性免疫相容的心脏贴片,通过CT 扫描技术勾勒心脏形状、血管结构,最后,「打印」出整个心脏。


全球第一个 3D 打印的「人造心脏」诞生了

▲ 3D 打印心脏过程(APP用户请在浏览器中打开文章链接查看动图)


虽然目前打印的器官还只有兔子心脏大小,但它拥有与人类心脏相同的腔室和血管,后续可以利用相同的过程创建真正的人类心脏。而这次使用患者自己「原生」的生物材料,消除了植入物被免疫系统排斥的风险,也是研究成功至关重要和创新的一点。


主导该研究的 Tal Dvir 教授表示:

过去人们已经设法对心脏结构进行三维打印,但不能用细胞或血管进行三维打印。我们的研究结果证明了我们在未来设计个性化组织和器官的方法的潜力。


所以,这也为未来的器官和组织移植铺平了道路。


尽管 3D 打印被认为是用于设计整个器官的有前景的方法,但仍存在着很多艰难的挑战,主要在于器官的高细胞数、长期培养、生化生长,以及科研和商业化的价格高昂等方面。这颗「印刷心脏」也需要进行进一步的研发,比如抽水能力、搏动泵血与身体的协作能力等等。


全球第一个 3D 打印的「人造心脏」诞生了

▲ Tal Dvir 教授


研究人员正在实验室中继续培养印刷的心脏,也计划在动物模型中移植 3D 打印的心脏,证明它确实可行且能够普及,并希望测试在 1-2 年内完成。


病魔总是无法预料地出现在一个又一个家庭,而人们在心脏病这种重大疾病面前更显无力和脆弱。但此刻,未来医院都将有器官打印机的那一天,或许离我们又更近了一些。

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