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首個3D打印的“人造心臟”誕生,有望變革器官移植

醫療器械 來源:學術經緯

以色列是一個不折不扣的“創新之國”。位于中東,飽受戰火沖突的以色列其國土面積雖不如北京與上海的總和,人口也只有區區800萬,卻已經誕生了10多位諾獎得主。

今日,來自以色列特拉維夫大學的科學家們又給我們帶來了一項突破。一支科研團隊用人類的脂肪組織,通過一系列神奇的操作,最終成功3D打印出了一顆“人造心臟”。它雖然只是一個微縮版的原型,卻是人類“首次成功設計并打印出一個具有細胞、血管、心室和心房的心臟”。

這顆心臟可以說是生物學、材料學、計算機科學等諸多學科聯合帶來的科學突破。具體來看,研究人員們先從一些患者的體內取出了一些脂肪組織,然后將其“細胞”與“非細胞”的成分進行分離。這些細胞隨后被用來誘導產生多能干細胞,而膠原蛋白和糖蛋白等非細胞成分則用來合成“個體化凝膠”,來充當3D打印的“墨水”。

研究人員們發現,自身材料組成的凝膠給干細胞提供了良好的發育環境。在這些凝膠里,干細胞能高效分化成心臟細胞和內皮細胞。由于所有的材料都來自患者本身,這些細胞產生的組織能有效地避免異體器官移植中的排斥問題。

“生物材料的兼容性是消除移植排斥問題的關鍵,這些問題可能會危害移植的成功,”本研究的通訊作者Tal Dvir教授說道:“理想情況下,生物材料應該與患者本身的組織有同樣的生化、機械、以及拓撲性質。”

成功分化細胞之后,研究人員們進一步開始用這一方法“3D打印”心臟組織和器官。利用CT掃描技術,他們勾勒出了心臟的大體結構,這包括了心臟的形狀,心房心室的尺寸,以及主要血管的走向。對于CT掃描無法獲取的小血管網絡結構,研究人員們又使用了數學模型,計算不同區域的氧消耗,合理分配血管的走向。在計算機的輔助下,我們獲得了更為完整的血管網絡結構,用于實際的打印。

萬事俱備之后,他們成功打印出了一個“人造心臟”。限于目前的技術,研究人員們打印出來的還只是一個“迷你版”,尺寸只有櫻桃一樣大,差不多是兔子心臟的大小。這顆心臟帶有心臟細胞和血管,結構完整。目前,這顆心臟里的細胞可以出現收縮,但尚不能像正常心臟一般搏動泵血。這也是研究人員們下一步的主攻方向。

按計劃,他們想在1年多后開啟動物實驗,研究這種人造心臟用于器官移植的可行性。目前,心血管疾病是人類的第一殺手,而心臟移植是病情嚴重患者幾乎唯一的選擇。由于遲遲沒有合適的器官,許多患者只能在等待中,迎來生命的終結。如果這一技術真的能用于人類器官移植,無疑是一大喜訊。

“可能在10年里,全世界最好的醫院里就能出現器官打印機。” Dvir教授樂觀地估計道。我們期待早日看到夢想成真的那一天!

來源:學術經緯

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