3D打印的“人造心臟”誕生有望變革器官移植

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來(lái)源：學(xué)術(shù)經(jīng)緯

2019-04-17

“可能在10年里，全世界最好的醫院里就能出現器官打印機。” Dvir教授樂(lè )觀(guān)地估計道。我們期待早日看到夢(mèng)想成真的那一天！

以色列是一個(gè)不折不扣的“創(chuàng )新之國”。位于中東，飽受戰火沖突的以色列其國土面積雖不如北京與上海的總和，人口也只有區區800萬(wàn)，卻已經(jīng)誕生了10多位諾獎得主。

今日，來(lái)自以色列特拉維夫大學(xué)的科學(xué)家們又給我們帶來(lái)了一項突破。一支科研團隊用人類(lèi)的脂肪組織，通過(guò)一系列神奇的操作，最終成功3D打印出了一顆“人造心臟”。它雖然只是一個(gè)微縮版的原型，卻是人類(lèi)“首次成功設計并打印出一個(gè)具有細胞、血管、心室和心房的心臟”。

這顆心臟可以說(shuō)是生物學(xué)、材料學(xué)、計算機科學(xué)等諸多學(xué)科聯(lián)合帶來(lái)的科學(xué)突破。具體來(lái)看，研究人員們先從一些患者的體內取出了一些脂肪組織，然后將其“細胞”與“非細胞”的成分進(jìn)行分離。這些細胞隨后被用來(lái)誘導產(chǎn)生多能干細胞，而膠原蛋白和糖蛋白等非細胞成分則用來(lái)合成“個(gè)體化凝膠”，來(lái)充當3D打印的“墨水”。

研究人員們發(fā)現，自身材料組成的凝膠給干細胞提供了良好的發(fā)育環(huán)境。在這些凝膠里，干細胞能高效分化成心臟細胞和內皮細胞。由于所有的材料都來(lái)自患者本身，這些細胞產(chǎn)生的組織能有效地避免異體器官移植中的排斥問(wèn)題。

“生物材料的兼容性是消除移植排斥問(wèn)題的關(guān)鍵，這些問(wèn)題可能會(huì )危害移植的成功，”本研究的通訊作者Tal Dvir教授說(shuō)道：“理想情況下，生物材料應該與患者本身的組織有同樣的生化、機械、以及拓撲性質(zhì)。”

成功分化細胞之后，研究人員們進(jìn)一步開(kāi)始用這一方法“3D打印”心臟組織和器官。利用CT掃描技術(shù)，他們勾勒出了心臟的大體結構，這包括了心臟的形狀，心房心室的尺寸，以及主要血管的走向。對于CT掃描無(wú)法獲取的小血管網(wǎng)絡(luò )結構，研究人員們又使用了數學(xué)模型，計算不同區域的氧消耗，合理分配血管的走向。在計算機的輔助下，我們獲得了更為完整的血管網(wǎng)絡(luò )結構，用于實(shí)際的打印。

萬(wàn)事俱備之后，他們成功打印出了一個(gè)“人造心臟”。限于目前的技術(shù)，研究人員們打印出來(lái)的還只是一個(gè)“迷你版”，尺寸只有櫻桃一樣大，差不多是兔子心臟的大小。這顆心臟帶有心臟細胞和血管，結構完整。目前，這顆心臟里的細胞可以出現收縮，但尚不能像正常心臟一般搏動(dòng)泵血。這也是研究人員們下一步的主攻方向。

按計劃，他們想在1年多后開(kāi)啟動(dòng)物實(shí)驗，研究這種人造心臟用于器官移植的可行性。目前，心血管疾病是人類(lèi)的第一殺手，而心臟移植是病情嚴重患者幾乎唯一的選擇。由于遲遲沒(méi)有合適的器官，許多患者只能在等待中，迎來(lái)生命的終結。如果這一技術(shù)真的能用于人類(lèi)器官移植，無(wú)疑是一大喜訊。

“可能在10年里，全世界的醫院里就能出現器官打印機。” Dvir教授樂(lè )觀(guān)地估計道。我們期待早日看到夢(mèng)想成真的那一天！

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