世界首個(gè)人體組織3D打印心臟問(wèn)世，將來(lái)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(gè)完整心臟，該心臟包括細(xì)胞、血管、心臟以及心室，此前也有過(guò)3D打印心臟，但是都未打印血管、心臟也不包含細(xì)胞。

     那這個(gè)3D打印心臟究竟是怎么做出來(lái)？

     據(jù)了解，研究者先從人的身上提取細(xì)胞組織，對(duì)其進(jìn)行編輯使之成為干細(xì)胞，再將其轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，而提取的非細(xì)胞組織則轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N“個(gè)人特有的凝膠”來(lái)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(zhǎng)度只有2.5厘米，大小與兔子的心臟大小相當(dāng)，目前還無(wú)法泵血，只能收縮。下一步該心臟將會(huì)在實(shí)驗(yàn)室中繼續(xù)培養(yǎng)以完善其泵血功能，然后再嘗試在動(dòng)物身上移植。

     該研究首席作者、特拉維夫大學(xué)分子細(xì)胞生物學(xué)和生物技術(shù)學(xué)院教授Tal Dvir表示：“過(guò)去曾經(jīng)有人成功3D打印過(guò)心臟，但使用的不是生物材料，也并未打印出細(xì)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(shí)了這種方法在未來(lái)工程設(shè)計(jì)個(gè)性化組織和器官替換方面的潛力，工程設(shè)計(jì)材料的生物相容性對(duì)于消除移植排斥的風(fēng)險(xiǎn)是非常關(guān)鍵的，排斥反應(yīng)會(huì)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(jìn)一步對(duì)打印心臟技術(shù)進(jìn)行探索。細(xì)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(shí)用。或許10年后，世界上那些最先進(jìn)的醫(yī)院將會(huì)配備器官打印機(jī)，就像例行公事一樣完成打印過(guò)程。”這意味著未來(lái)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(wèn)題。”患者將不再需要一直等待或服用藥物來(lái)防止排斥反應(yīng)。相反，這項(xiàng)技術(shù)能將患者所需的器官打印出來(lái)，且能為病人量身定做。“Tal Dvir補(bǔ)充道。

     未來(lái)，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(guò)難關(guān)。以往，由于缺乏供體，心臟移植在過(guò)去一直是個(gè)難題。如今3D打印技術(shù)可能會(huì)在醫(yī)學(xué)界開辟一條新的道路，為未來(lái)的器官和組織移植鋪平道路。

     不過(guò)，也需要指出的是，由于3D打印機(jī)精度的問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)目前尚且不能打印出心臟上的所有血管。

     事實(shí)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(guò)基本是以打印骨骼、組織或者模型為主。

     2014年，中國(guó)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(gè)頭蓋骨。同年，北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)曾宣布，已研發(fā)出用3D打印機(jī)低價(jià)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(guò)這些內(nèi)臟器官模型主要用于研究，且由于價(jià)格高昂，在臨床上沒(méi)有得到普及。

     2018年，來(lái)自愛(ài)丁堡大學(xué)的研究委員會(huì)再生醫(yī)學(xué)中心的科學(xué)家就結(jié)合干細(xì)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(xiàng)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(xì)胞并誘導(dǎo)形成多能干細(xì)胞（已被誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)楦杉?xì)胞的成體細(xì)胞），通過(guò)定向誘導(dǎo)形成為肝細(xì)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(jiàn)方、毫米厚的支架。然后再將培養(yǎng)好的源自胚胎干細(xì)胞的肝細(xì)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(zhǎng)。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(dòng)物的免疫系統(tǒng)拒絕。

     除此之外，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)研究人員近日在《先進(jìn)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(xì)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(zhǎng)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(jìn)的細(xì)胞生物工程技術(shù)和獨(dú)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(xì)胞（iPSC）衍生的脊髓神經(jīng)元祖細(xì)胞（sNPCs）和少突膠質(zhì)祖細(xì)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(shí)，這些神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)具有活性。