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世界首個人體組織3D打印心臟問世，將來有望移植人體
以色列的特拉維夫大學(xué)公布，使用人體組織3D打印出了全球首個完整心臟，該心臟包括細胞、血管、心臟以及心室，此前也有過3D打印心臟，但是都未打印血管、心臟也不包含細胞。
那這個3D打印心臟究竟是怎么做出來？
據(jù)了解，研究者先從人的身上提取細胞組織，對其進行編輯使之成為干細胞，再將其轉(zhuǎn)化為心肌細胞和內(nèi)皮細胞，而提取的非細胞組織則轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N“個人特有的凝膠”來充當(dāng)打印“墨水”，這些由糖和蛋白質(zhì)構(gòu)成的材料能夠用于3D打印復(fù)雜的組織模型，該心臟長度只有2.5厘米，大小與兔子的心臟大小相當(dāng)，目前還無法泵血，只能收縮。下一步該心臟將會在實驗室中繼續(xù)培養(yǎng)以完善其泵血功能，然后再嘗試在動物身上移植。
該研究首席作者、特拉維夫大學(xué)分子細胞生物學(xué)和生物技術(shù)學(xué)院教授Tal Dvir表示：“過去曾經(jīng)有人成功3D打印過心臟，但使用的不是生物材料，也并未打印出細胞或者血管。現(xiàn)階段，我們3D打印的心臟雖然大約只有兔子心臟那般大小，但是我們的研究證實了這種方法在未來工程設(shè)計個性化組織和器官替換方面的潛力，工程設(shè)計材料的生物相容性對于消除移植排斥的風(fēng)險是非常關(guān)鍵的，排斥反應(yīng)會危及心臟移植手術(shù)的治療。理想情況下，這種生物材料應(yīng)具有與患者自身組織在生物化學(xué)等方面具有相同的特征。”
Tal Dvir還指出：“我們必須進一步對打印心臟技術(shù)進行探索。細胞需要形成一種泵送能力，它們現(xiàn)在可以收縮，但我們需要它們一起協(xié)同合作。我們希望我們能夠成功并且證明我們的方法有效、實用。或許10年后，世界上那些最先進的醫(yī)院將會配備器官打印機，就像例行公事一樣完成打印過程。”這意味著未來十年3D打印器官移植可以代替異體器官移植。
“接受器官移植的患者常常需要接受免疫抑制劑的治療，這可能危及患者的健康，但如果患者使用自身生物組織作為”原材料“，那么就能解決這一問題。”患者將不再需要一直等待或服用藥物來防止排斥反應(yīng)。相反，這項技術(shù)能將患者所需的器官打印出來，且能為病人量身定做。“Tal Dvir補充道。
未來，這一技術(shù)除了能夠解決排斥反應(yīng)以外，還能極大程度上幫助心力衰竭的患者渡過難關(guān)。以往，由于缺乏供體，心臟移植在過去一直是個難題。如今3D打印技術(shù)可能會在醫(yī)學(xué)界開辟一條新的道路，為未來的器官和組織移植鋪平道路。
不過，也需要指出的是，由于3D打印機精度的問題，研究團隊目前尚且不能打印出心臟上的所有血管。
事實上，在特拉維夫大學(xué)的研究之前，3D打印技術(shù)已經(jīng)多次應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，不過基本是以打印骨骼、組織或者模型為主。
2014年，中國西安的京西醫(yī)院，采用3D打印技術(shù)打印顱骨，幫助一名半邊顱骨受傷凹陷的農(nóng)民重建了半個頭蓋骨。同年，北京大學(xué)研究團隊使用3D打印技術(shù)制作了一根脊椎，并成功地植入一名12歲男孩體內(nèi)，這屬全球首例。
2015年，日本筑波大學(xué)的團隊曾宣布，已研發(fā)出用3D打印機低價制作可以看清血管等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的肝臟立體模型，不過這些內(nèi)臟器官模型主要用于研究，且由于價格高昂，在臨床上沒有得到普及。
2018年，來自愛丁堡大學(xué)的研究委員會再生醫(yī)學(xué)中心的科學(xué)家就結(jié)合干細胞技術(shù)與3D打印技術(shù)，成功培育除了人源3D肝臟組織，并且在小鼠水平顯示出治療的潛力。
這項發(fā)表在《Archives of Toxicology》雜志上的研究中，科學(xué)家們采集了人類胚胎干細胞并誘導(dǎo)形成多能干細胞（已被誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)楦杉毎某审w細胞），通過定向誘導(dǎo)形成為肝細胞。該研究的科學(xué)家使用了一種適合人體的聚合物，將其制作成微觀纖維，然后纖維網(wǎng)形成一厘米見方、毫米厚的支架。然后再將培養(yǎng)好的源自胚胎干細胞的肝細胞加載到支架上并且植入小鼠的皮下。研究結(jié)果顯示，血管能夠在支架上成功生長。此外，作者并且發(fā)現(xiàn)小鼠的血液中含有人肝蛋白，表明組織已成功地與循環(huán)系統(tǒng)整合，支架未被動物的免疫系統(tǒng)拒絕。
除此之外，美國明尼蘇達大學(xué)研究人員近日在《先進功能材料》雜志線上版發(fā)表研究論文稱，他們開發(fā)出一種新的多細胞神經(jīng)組織工程方法，利用3D打印設(shè)備制出生物工程脊髓。研究人員稱，該技術(shù)有朝一日或可幫助長期遭受脊髓損傷困擾的患者恢復(fù)某些功能。
該方法將先進的細胞生物工程技術(shù)和獨特的3D打印技術(shù)有效結(jié)合，利用生物3D打印設(shè)備，以硅膠制成的、可生物兼容的導(dǎo)板為支架，采用擠壓法，將誘導(dǎo)多能干細胞（iPSC）衍生的脊髓神經(jīng)元祖細胞（sNPCs）和少突膠質(zhì)祖細胞（OPCs）一層層精確打印到支架內(nèi)，最后形成生物工程脊髓。3D打印的sNPCs能夠在微支架通道中分化并延伸出軸突，形成神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。鈣通量研究證實，這些神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)具有活性。