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3D生物打印新突破

發布日期:2019-07-03 08:48:38 來源:人民日報
  最近,以色列特維拉夫大學的科研人員使用人體組織制造出了世界上第一顆3D打印心臟,給需要通過“換心”來延續生命的晚期心衰患者帶來了新希望。
  自上世紀60年代前后的首例腎臟和心臟移植手術相繼成功以來,器官移植的臨床技術日臻完善,手術成功率也在不斷提高。然而在很多國家,器官等待者和捐獻者的數量相差很大。即便有幸等到合適的器官并成功移植,術后的排異反應也仍然會對患者生命構成威脅。多年來,實現器官的完全“復制”,成了醫學界的夢想。
  2010年,全球首臺生物打印機使用培養的人體細胞制造出首例血管,使得3D打印人體器官成為可能。2013年,一位心臟病專家完成了第一顆3D打印“心臟”,不僅外觀與患者心臟高度吻合,還能夠怦怦跳動。不過,這個用塑料制成的“心臟”,僅可用于研究手術方案。確切地說,它只是一個“心臟模型”。
  最新打印出來的這顆3D心臟不僅有細胞、心室和心房,還有著縱橫交錯的血管。本次打印所用的“墨水”,源于患者體內提取的脂肪組織。其中,分離出的細胞在經過編輯之后成為誘導多能干細胞,之后又分化出構成心臟主體的心肌細胞和構成血管的內皮細胞。分離出的非細胞成分則被轉化為了“個性化凝膠”,它如同蓋房子的“水泥”,能夠固定細胞的位置,并起到細胞外基質的作用,促進這些“小磚頭”發育生長,建立連接,最終重組為功能器官。由于打印“原料”來自患者自身,因此不用擔心排異反應的發生。
  不過,這顆3D心臟目前僅具備收縮功能,研究人員還需通過進一步的培養,“教”會心臟細胞協同工作以實現泵血功能,之后再進行動物移植實驗。距離真正應用于人類心臟移植,還需要做更多的工作。除了心肌細胞和血管之外,心臟還包括成纖維細胞、神經細胞、脂肪等,如何調和不同種類細胞的生長環境尚有待研究。此外,由于心臟掃描技術和打印機的分辨率有限,目前還不能打印出心臟中的所有血管。
  器官移植不僅包括心臟,還包括肝臟、腎臟等。此次研究人員在器官打印方面嘗試著“啃了塊最硬的骨頭”。
  從術前分析所用的醫學模型到植入人體的鈦合金骨骼,從簡單的組織再到功能復雜的器官,科研人員在生物打印領域不斷實現新突破,也給患者帶去了新希望。
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