從組織到器官 3D生物打印新突破

最近，以色列特維拉夫大學(xué)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(guò)“換心”來(lái)延續(xù)生命的晚期心衰患者帶來(lái)了新希望。

自上世紀(jì)60年代前后的首例腎臟和心臟移植手術(shù)相繼成功以來(lái)，器官移植的臨床技術(shù)日臻完善，手術(shù)成功率也在不斷提高。然而在很多國(guó)家，器官等待者和捐獻(xiàn)者的數(shù)量相差很大。即便有幸等到合適的器官并成功移植，術(shù)后的排異反應(yīng)也仍然會(huì)對(duì)患者生命構(gòu)成威脅。多年來(lái)，實(shí)現(xiàn)器官的完全“復(fù)制”，成了醫(yī)學(xué)界的夢(mèng)想。

2010年，全球首臺(tái)生物打印機(jī)使用培養(yǎng)的人體細(xì)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(dòng)。不過(guò)，這個(gè)用塑料制成的“心臟”，僅可用于研究手術(shù)方案。確切地說(shuō)，它只是一個(gè)“心臟模型”。

最新打印出來(lái)的這顆3D心臟不僅有細(xì)胞、心室和心房，還有著縱橫交錯(cuò)的血管。本次打印所用的“墨水”，源于患者體內(nèi)提取的脂肪組織。其中，分離出的細(xì)胞在經(jīng)過(guò)編輯之后成為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，之后又分化出構(gòu)成心臟主體的心肌細(xì)胞和構(gòu)成血管的內(nèi)皮細(xì)胞。分離出的非細(xì)胞成分則被轉(zhuǎn)化為了“個(gè)性化凝膠”，它如同蓋房子的“水泥”，能夠固定細(xì)胞的位置，并起到細(xì)胞外基質(zhì)的作用，促進(jìn)這些“小磚頭”發(fā)育生長(zhǎng)，建立連接，最終重組為功能器官。由于打印“原料”來(lái)自患者自身，因此不用擔(dān)心排異反應(yīng)的發(fā)生。

不過(guò)，這顆3D心臟目前僅具備收縮功能，研究人員還需通過(guò)進(jìn)一步的培養(yǎng)，“教”會(huì)心臟細(xì)胞協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)泵血功能，之后再進(jìn)行動(dòng)物移植實(shí)驗(yàn)。距離真正應(yīng)用于人類心臟移植，還需要做更多的工作。除了心肌細(xì)胞和血管之外，心臟還包括成纖維細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、脂肪等，如何調(diào)和不同種類細(xì)胞的生長(zhǎng)環(huán)境尚有待研究。此外，由于心臟掃描技術(shù)和打印機(jī)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(shù)前分析所用的醫(yī)學(xué)模型到植入人體的鈦合金骨骼，從簡(jiǎn)單的組織再到功能復(fù)雜的器官，科研人員在生物打印領(lǐng)域不斷實(shí)現(xiàn)新突破，也給患者帶去了新希望。(尚凱元)

關(guān)鍵詞： 3D生物打印