CCTV2報(bào)道：3D打印心臟技術(shù)獲突破：細(xì)胞和血管一應(yīng)俱全

△2019年4月16日，央視財(cái)經(jīng)頻道也報(bào)道了“3D打印心臟技術(shù)獲突破：細(xì)胞和血管一應(yīng)俱全”

△3D打印心臟技術(shù)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(xué)家創(chuàng)造了一種血管化的人類心臟——使用3D打印機(jī)將患者的人體組織結(jié)合起來。這一醫(yī)學(xué)突破將能夠減少患者們的手術(shù)等待時(shí)間，而且能夠拯救全世界數(shù)百萬條生命，因?yàn)榛颊邆儾辉傩枰�等待心臟捐贈(zèng)者的出現(xiàn)。

特拉維夫大學(xué)的一個(gè)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(xì)胞、生化和解剖學(xué)特性。研究的首席作者、特拉維夫大學(xué)分子細(xì)胞生物學(xué)和生物技術(shù)學(xué)院的Tal Dvir教授稱：“這是世界上首次有人成功通過工程學(xué)設(shè)計(jì)，打造出具有細(xì)胞、血管、心室的完整心臟。他領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)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(xì)胞和α-細(xì)胞材料；
• 脂肪細(xì)胞被轉(zhuǎn)化為胚胎干細(xì)胞；
• 胚胎干細(xì)胞分化為心臟或內(nèi)皮細(xì)胞等細(xì)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(gè)支架像心臟的形狀；
• 把分化好的細(xì)胞，培養(yǎng)進(jìn)入支架相應(yīng)的部位，變成一個(gè)生物心臟；
• 3D打印過程大約需要3-4個(gè)小時(shí)。
  

在研究中，科學(xué)家們從患者身上采集了脂肪組織，并且將其中的細(xì)胞和非細(xì)胞物質(zhì)分離開來。分離出的細(xì)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(xì)胞和為患者特制的生物學(xué)材料打造而成的。在打印過程中，這些生物學(xué)材料充當(dāng)?shù)氖且环N生物墨水，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�！�

△TAU的生物3D打印工藝和使用該技術(shù)制造的其他樣品結(jié)構(gòu)

△3D打印的微型心臟模型結(jié)構(gòu)

他補(bǔ)充道：“過去曾經(jīng)有人成功3D打印過心臟結(jié)構(gòu)，但是并未打印出細(xì)胞或者血管。現(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(shí)了這種方法在未來工程設(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�！�

這顆心由人體細(xì)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(fù)雜組織模型的3D打印，“Dvir說。 “過去人們已經(jīng)設(shè)法對心臟結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維打印，但不能用細(xì)胞或血管。我們的研究結(jié)果證明了我們未來在設(shè)計(jì)個(gè)性化組織和器官替代方法方面的潛力。“

在這個(gè)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(yīng)器中經(jīng)歷成熟過程以保持細(xì)胞存活并使其生長以適應(yīng)真人大小的心臟。成熟過程需要大約一個(gè)月，之后他們將它們移植到動(dòng)物如兔子和大鼠中進(jìn)行測試。他們希望這將在一兩年內(nèi)實(shí)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(jī)，這些程序?qū)⒍ㄆ谶M(jìn)行。”

研究人員們認(rèn)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(jìn)一步對打印心臟技術(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)院將會配備器官打印機(jī)，就像例行公事一樣完成打印過程�！�

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其實(shí)，在此之前，不少科學(xué)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(xué)院的功能材料實(shí)驗(yàn)室研究人員，已經(jīng)使用3D打印來創(chuàng)建一個(gè)幾乎像真實(shí)心臟一樣跳動(dòng)的硅膠心臟。這個(gè)人造心臟持續(xù)了約3,000次搏動(dòng)，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(jìn)發(fā)。

BIOLIFE4D的3D生物打印首先要采集患者的血液樣本。因?yàn)槿梭w內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞都有相同數(shù)量的基因和相同的DNA，每個(gè)細(xì)胞都有可能轉(zhuǎn)化為基本上任何其他細(xì)胞。

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

通過分化，iPS細(xì)胞轉(zhuǎn)化為人體中幾乎任何類型的特化細(xì)胞，本案例中是心肌細(xì)胞（心臟細(xì)胞）。 然后將這些細(xì)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(xì)胞在整個(gè)過程中存活。

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

BIOLIFE4D的生物3D打印過程提供了將患者自身血細(xì)胞重新編程為iPS細(xì)胞的能力，然后將這些iPS細(xì)胞分化成不同類型的心臟細(xì)胞，這些心臟細(xì)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(guān)重要，因?yàn)锽IOLIFE4D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(shù)拯救生命。 今天，我們相信我們離最終實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)更近了一步�！�


編譯自：3ders