CCTV2報道：3D打印心臟技術獲突破：細胞和血管一應俱全

△2019年4月16日，央視財經(jīng)頻道也報道了“3D打印心臟技術獲突破：細胞和血管一應俱全”

△3D打印心臟技術原理和過程

2019年4月16日，南極熊從外媒獲悉，有史以來第一次，以色列科學家創(chuàng)造了一種血管化的人類心臟——使用3D打印機將患者的人體組織結(jié)合起來。這一醫(yī)學突破將能夠減少患者們的手術等待時間，而且能夠拯救全世界數(shù)百萬條生命，因為患者們不再需要等待心臟捐贈者的出現(xiàn)。

特拉維夫大學的一個研究小組揭示了3D打印的心臟，它完全符合人類患者的免疫、細胞、生化和解剖學特性。研究的首席作者、特拉維夫大學分子細胞生物學和生物技術學院的Tal Dvir教授稱：“這是世界上首次有人成功通過工程學設計，打造出具有細胞、血管、心室的完整心臟。他領導了這項研究的研究，并得到了Nadav Noor，Assaf Shapira博士，Reuven Edri，Idan Gal和Lior Wertheim的協(xié)助。

3D打印活體心臟過程：

• 從患者的脂肪組織中分離出細胞和α-細胞材料；
• 脂肪細胞被轉(zhuǎn)化為胚胎干細胞；
• 胚胎干細胞分化為心臟或內(nèi)皮細胞等細胞類型；
• 使用膠原蛋白和糖蛋白等材料，制作水凝膠，3D打印出可降解的生物支架或骨架上，這個支架像心臟的形狀；
• 把分化好的細胞，培養(yǎng)進入支架相應的部位，變成一個生物心臟；
• 3D打印過程大約需要3-4個小時。
  

在研究中，科學家們從患者身上采集了脂肪組織，并且將其中的細胞和非細胞物質(zhì)分離開來。分離出的細胞隨后與特制的打印材料混合到一起打印出適合患者的心臟組織。Dvir博士稱：“這種心臟是由人類細胞和為患者特制的生物學材料打造而成的。在打印過程中，這些生物學材料充當?shù)氖且环N生物墨水，這些由糖和蛋白質(zhì)構成的材料能夠用于3D打印復雜的組織模型?！?br />

△TAU的生物3D打印工藝和使用該技術制造的其他樣品結(jié)構

△3D打印的微型心臟模型結(jié)構

他補充道：“過去曾經(jīng)有人成功3D打印過心臟結(jié)構，但是并未打印出細胞或者血管?，F(xiàn)階段，我們3D打印的心臟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計個性化組織和器官替換方面的潛力。工程設計材料的生物相容性對于消除移植排斥的風險是非常關鍵的，排斥反應會危及心臟移植手術的治療。理想情況下，這種生物材料應具有與患者自身組織在生物化學等方面具有相同的特征?！?br />

這顆心由人體細胞和患者特異性生物材料制成。在我們的工藝中，這些材料可用作生物油墨，由糖和蛋白質(zhì)制成的物質(zhì)，可用于復雜組織模型的3D打印，“Dvir說。 “過去人們已經(jīng)設法對心臟結(jié)構進行三維打印，但不能用細胞或血管。我們的研究結(jié)果證明了我們未來在設計個性化組織和器官替代方法方面的潛力?！?br />

在這個階段，TAU生產(chǎn)的3D打印心臟大小適合兔子。它需要在生物反應器中經(jīng)歷成熟過程以保持細胞存活并使其生長以適應真人大小的心臟。成熟過程需要大約一個月，之后他們將它們移植到動物如兔子和大鼠中進行測試。他們希望這將在一兩年內(nèi)實現(xiàn)。 Dvir說，希望在“10年內(nèi)，世界上最好的醫(yī)院將有器官打印機，這些程序?qū)⒍ㄆ谶M行?！?br />

研究人員們認為，這種3D打印的心臟能夠在十年內(nèi)問世。Dvir博士稱：“我們必須進一步對打印心臟技術進行探索。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?；蛟S10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?！?br />

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其實，在此之前，不少科學家在3D打印心臟方面做過研究，2017年7月14日，南極熊獲悉，蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工學院的功能材料實驗室研究人員，已經(jīng)使用3D打印來創(chuàng)建一個幾乎像真實心臟一樣跳動的硅膠心臟。這個人造心臟持續(xù)了約3,000次搏動，大概30至45分鐘。

2018年6月28日，生物3D打印和組織工程公司BIOLIFE4D，司宣布已成功展示其3D打印的人體心臟組織，而且該公司表示已經(jīng)具備3D打印人類心臟貼片的能力，該公司下一步將會朝著3D打印人類心臟繼續(xù)進發(fā)。

BIOLIFE4D的3D生物打印首先要采集患者的血液樣本。因為人體內(nèi)的每個細胞都有相同數(shù)量的基因和相同的DNA，每個細胞都有可能轉(zhuǎn)化為基本上任何其他細胞。

第二步，將樣品中的血細胞轉(zhuǎn)化為非特化成體誘導的多能干細胞（iPS）。

通過分化，iPS細胞轉(zhuǎn)化為人體中幾乎任何類型的特化細胞，本案例中是心肌細胞（心臟細胞）。 然后將這些細胞與液體環(huán)境（水凝膠）中的營養(yǎng)素和其他必需因素結(jié)合起來，以保持細胞在整個過程中存活。

然后將這種生物墨水裝入生物3D打印機進行打印，這是一種高度專業(yè)化的3D打印機，可以保護打印過程中的細胞活性。

BIOLIFE4D的生物3D打印過程提供了將患者自身血細胞重新編程為iPS細胞的能力，然后將這些iPS細胞分化成不同類型的心臟細胞，這些心臟細胞不僅可以用于心臟貼片，而且最終有可能成為用于移植的人類心臟。

這種能力至關重要，因為BIOLIFE4D試圖治療心臟病和其他心臟損傷，特別是通過消除對供體器官的需求來改善移植過程。

BIOLIFE4D首席執(zhí)行官史蒂文莫里斯表示：“從一開始我們的使命就是利用我們的技術拯救生命。 今天，我們相信我們離最終實現(xiàn)這一目標更近了一步?！?/font>


編譯自：3ders