世界首个人体组织3D打印心脏问世，将来有望移植人体

以色列的特拉维夫大学公布，使用人体组织3D打印出了全球首个完整心脏，该心脏包括细胞、血管、心脏以及心室，此前也有过3D打印心脏，但是都未打印血管、心脏也不包含细胞。

     那这个3D打印心脏究竟是怎么做出来？

     据了解，研究者先从人的身上提取细胞组织，对其进行编辑使之成为干细胞，再将其转化为心肌细胞和内皮细胞，而提取的非细胞组织则转变为一种“个人特有的凝胶”来充当打印“墨水”，这些由糖和蛋白质构成的材料能够用于3D打印复杂的组织模型，该心脏长度只有2.5厘米，大小与兔子的心脏大小相当，目前还无法泵血，只能收缩。下一步该心脏将会在实验室中继续培养以完善其泵血功能，然后再尝试在动物身上移植。

     该研究首席作者、特拉维夫大学分子细胞生物学和生物技术学院教授Tal Dvir表示：“过去曾经有人成功3D打印过心脏，但使用的不是生物材料，也并未打印出细胞或者血管。现阶段，我们3D打印的心脏虽然大约只有兔子心脏那般大小，但是我们的研究证实了这种方法在未来工程设计个性化组织和器官替换方面的潜力，工程设计材料的生物相容性对于消除移植排斥的风险是非常关键的，排斥反应会危及心脏移植手术的治疗。理想情况下，这种生物材料应具有与患者自身组织在生物化学等方面具有相同的特征。”

     Tal Dvir还指出：“我们必须进一步对打印心脏技术进行探索。细胞需要形成一种泵送能力，它们现在可以收缩，但我们需要它们一起协同合作。我们希望我们能够成功并且证明我们的方法有效、实用。或许10年后，世界上那些最先进的医院将会配备器官打印机，就像例行公事一样完成打印过程。”这意味着未来十年3D打印器官移植可以代替异体器官移植。

     “接受器官移植的患者常常需要接受免疫抑制剂的治疗，这可能危及患者的健康，但如果患者使用自身生物组织作为”原材料“，那么就能解决这一问题。”患者将不再需要一直等待或服用药物来防止排斥反应。相反，这项技术能将患者所需的器官打印出来，且能为病人量身定做。“Tal Dvir补充道。

     未来，这一技术除了能够解决排斥反应以外，还能极大程度上帮助心力衰竭的患者渡过难关。以往，由于缺乏供体，心脏移植在过去一直是个难题。如今3D打印技术可能会在医学界开辟一条新的道路，为未来的器官和组织移植铺平道路。

     不过，也需要指出的是，由于3D打印机精度的问题，研究团队目前尚且不能打印出心脏上的所有血管。

     事实上，在特拉维夫大学的研究之前，3D打印技术已经多次应用于医学领域，不过基本是以打印骨骼、组织或者模型为主。

     2014年，中国西安的京西医院，采用3D打印技术打印颅骨，帮助一名半边颅骨受伤凹陷的农民重建了半个头盖骨。同年，北京大学研究团队使用3D打印技术制作了一根脊椎，并成功地植入一名12岁男孩体内，这属全球首例。

     2015年，日本筑波大学的团队曾宣布，已研发出用3D打印机低价制作可以看清血管等内部结构的肝脏立体模型，不过这些内脏器官模型主要用于研究，且由于价格高昂，在临床上没有得到普及。

     2018年，来自爱丁堡大学的研究委员会再生医学中心的科学家就结合干细胞技术与3D打印技术，成功培育除了人源3D肝脏组织，并且在小鼠水平显示出治疗的潜力。

     这项发表在《Archives of Toxicology》杂志上的研究中，科学家们采集了人类胚胎干细胞并诱导形成多能干细胞（已被诱导转变为干细胞的成体细胞），通过定向诱导形成为肝细胞。该研究的科学家使用了一种适合人体的聚合物，将其制作成微观纤维，然后纤维网形成一厘米见方、毫米厚的支架。然后再将培养好的源自胚胎干细胞的肝细胞加载到支架上并且植入小鼠的皮下。研究结果显示，血管能够在支架上成功生长。此外，作者并且发现小鼠的血液中含有人肝蛋白，表明组织已成功地与循环系统整合，支架未被动物的免疫系统拒绝。

     除此之外，美国明尼苏达大学研究人员近日在《先进功能材料》杂志线上版发表研究论文称，他们开发出一种新的多细胞神经组织工程方法，利用3D打印设备制出生物工程脊髓。研究人员称，该技术有朝一日或可帮助长期遭受脊髓损伤困扰的患者恢复某些功能。

     该方法将先进的细胞生物工程技术和独特的3D打印技术有效结合，利用生物3D打印设备，以硅胶制成的、可生物兼容的导板为支架，采用挤压法，将诱导多能干细胞（iPSC）衍生的脊髓神经元祖细胞（sNPCs）和少突胶质祖细胞（OPCs）一层层精确打印到支架内，最后形成生物工程脊髓。3D打印的sNPCs能够在微支架通道中分化并延伸出轴突，形成神经元网络。钙通量研究证实，这些神经元网络具有活性。