CCTV2报道：3D打印心脏技术获突破：细胞和血管一应俱全

△2019年4月16日，央视财经频道也报道了“3D打印心脏技术获突破：细胞和血管一应俱全”

△3D打印心脏技术原理和过程

2019年4月16日，南极熊从外媒获悉，有史以来第一次，以色列科学家创造了一种血管化的人类心脏——使用3D打印机将患者的人体组织结合起来。这一医学突破将能够减少患者们的手术等待时间，而且能够拯救全世界数百万条生命，因为患者们不再需要等待心脏捐赠者的出现。

特拉维夫大学的一个研究小组揭示了3D打印的心脏，它完全符合人类患者的免疫、细胞、生化和解剖学特性。研究的首席作者、特拉维夫大学分子细胞生物学和生物技术学院的Tal Dvir教授称：“这是世界上首次有人成功通过工程学设计，打造出具有细胞、血管、心室的完整心脏。他领导了这项研究的研究，并得到了Nadav Noor，Assaf Shapira博士，Reuven Edri，Idan Gal和Lior Wertheim的协助。

3D打印活体心脏过程：

• 从患者的脂肪组织中分离出细胞和α-细胞材料；
• 脂肪细胞被转化为胚胎干细胞；
• 胚胎干细胞分化为心脏或内皮细胞等细胞类型；
• 使用胶原蛋白和糖蛋白等材料，制作水凝胶，3D打印出可降解的生物支架或骨架上，这个支架像心脏的形状；
• 把分化好的细胞，培养进入支架相应的部位，变成一个生物心脏；
• 3D打印过程大约需要3-4个小时。
  

在研究中，科学家们从患者身上采集了脂肪组织，并且将其中的细胞和非细胞物质分离开来。分离出的细胞随后与特制的打印材料混合到一起打印出适合患者的心脏组织。Dvir博士称：“这种心脏是由人类细胞和为患者特制的生物学材料打造而成的。在打印过程中，这些生物学材料充当的是一种生物墨水，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。”

△TAU的生物3D打印工艺和使用该技术制造的其他样品结构

△3D打印的微型心脏模型结构

他补充道：“过去曾经有人成功3D打印过心脏结构，但是并未打印出细胞或者血管。现阶段，我们3D打印的心脏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。”

这颗心由人体细胞和患者特异性生物材料制成。在我们的工艺中，这些材料可用作生物油墨，由糖和蛋白质制成的物质，可用于复杂组织模型的3D打印，“Dvir说。 “过去人们已经设法对心脏结构进行三维打印，但不能用细胞或血管。我们的研究结果证明了我们未来在设计个性化组织和器官替代方法方面的潜力。“

在这个阶段，TAU生产的3D打印心脏大小适合兔子。它需要在生物反应器中经历成熟过程以保持细胞存活并使其生长以适应真人大小的心脏。成熟过程需要大约一个月，之后他们将它们移植到动物如兔子和大鼠中进行测试。他们希望这将在一两年内实现。 Dvir说，希望在“10年内，世界上最好的医院将有器官打印机，这些程序将定期进行。”

研究人员们认为，这种3D打印的心脏能够在十年内问世。Dvir博士称：“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。”

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其实，在此之前，不少科学家在3D打印心脏方面做过研究，2017年7月14日，南极熊获悉，苏黎世瑞士联邦理工学院的功能材料实验室研究人员，已经使用3D打印来创建一个几乎像真实心脏一样跳动的硅胶心脏。这个人造心脏持续了约3,000次搏动，大概30至45分钟。

2018年6月28日，生物3D打印和组织工程公司BIOLIFE4D，司宣布已成功展示其3D打印的人体心脏组织，而且该公司表示已经具备3D打印人类心脏贴片的能力，该公司下一步将会朝着3D打印人类心脏继续进发。

BIOLIFE4D的3D生物打印首先要采集患者的血液样本。因为人体内的每个细胞都有相同数量的基因和相同的DNA，每个细胞都有可能转化为基本上任何其他细胞。

第二步，将样品中的血细胞转化为非特化成体诱导的多能干细胞（iPS）。

通过分化，iPS细胞转化为人体中几乎任何类型的特化细胞，本案例中是心肌细胞（心脏细胞）。 然后将这些细胞与液体环境（水凝胶）中的营养素和其他必需因素结合起来，以保持细胞在整个过程中存活。

然后将这种生物墨水装入生物3D打印机进行打印，这是一种高度专业化的3D打印机，可以保护打印过程中的细胞活性。

BIOLIFE4D的生物3D打印过程提供了将患者自身血细胞重新编程为iPS细胞的能力，然后将这些iPS细胞分化成不同类型的心脏细胞，这些心脏细胞不仅可以用于心脏贴片，而且最终有可能成为用于移植的人类心脏。

这种能力至关重要，因为BIOLIFE4D试图治疗心脏病和其他心脏损伤，特别是通过消除对供体器官的需求来改善移植过程。

BIOLIFE4D首席执行官史蒂文莫里斯表示：“从一开始我们的使命就是利用我们的技术拯救生命。 今天，我们相信我们离最终实现这一目标更近了一步。“


编译自：3ders