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世界首個人體組織3D打印心臟問世,將來有望移植人體

醫療健康 來源:醫谷綜合報道

近日,以色列的特拉維夫大學公布,使用人體組織3D打印出了全球首個完整心臟,該心臟包括細胞、血管、心臟以及心室,此前也有過3D打印心臟,但是都未打印血管、心臟也不包含細胞。

那這個3D打印心臟究竟是怎么做出來?

據了解,研究者先從人的身上提取細胞組織,對其進行編輯使之成為干細胞,再將其轉化為心肌細胞和內皮細胞,而提取的非細胞組織則轉變為一種“個人特有的凝膠”來充當打印“墨水”,這些由糖和蛋白質構成的材料能夠用于3D打印復雜的組織模型,該心臟長度只有2.5厘米,大小與兔子的心臟大小相當,目前還無法泵血,只能收縮。下一步該心臟將會在實驗室中繼續培養以完善其泵血功能,然后再嘗試在動物身上移植。

該研究首席作者、特拉維夫大學分子細胞生物學和生物技術學院教授Tal Dvir表示:“過去曾經有人成功3D打印過心臟,但使用的不是生物材料,也并未打印出細胞或者血管。現階段,我們3D打印的心臟雖然大約只有兔子心臟那般大小,但是我們的研究證實了這種方法在未來工程設計個性化組織和器官替換方面的潛力,工程設計材料的生物相容性對于消除移植排斥的風險是非常關鍵的,排斥反應會危及心臟移植手術的治療。理想情況下,這種生物材料應具有與患者自身組織在生物化學等方面具有相同的特征。”

Tal Dvir還指出:“我們必須進一步對打印心臟技術進行探索。細胞需要形成一種泵送能力,它們現在可以收縮,但我們需要它們一起協同合作。我們希望我們能夠成功并且證明我們的方法有效、實用。或許10年后,世界上那些最先進的醫院將會配備器官打印機,就像例行公事一樣完成打印過程。”這意味著未來十年3D打印器官移植可以代替異體器官移植。

“接受器官移植的患者常常需要接受免疫抑制劑的治療,這可能危及患者的健康,但如果患者使用自身生物組織作為”原材料“,那么就能解決這一問題。”患者將不再需要一直等待或服用藥物來防止排斥反應。相反,這項技術能將患者所需的器官打印出來,且能為病人量身定做。“Tal Dvir補充道。

未來,這一技術除了能夠解決排斥反應以外,還能極大程度上幫助心力衰竭的患者渡過難關。以往,由于缺乏供體,心臟移植在過去一直是個難題。如今3D打印技術可能會在醫學界開辟一條新的道路,為未來的器官和組織移植鋪平道路。

不過,也需要指出的是,由于3D打印機精度的問題,研究團隊目前尚且不能打印出心臟上的所有血管。

事實上,在特拉維夫大學的研究之前,3D打印技術已經多次應用于醫學領域,不過基本是以打印骨骼、組織或者模型為主。

2014年,中國西安的京西醫院,采用3D打印技術打印顱骨,幫助一名半邊顱骨受傷凹陷的農民重建了半個頭蓋骨。同年,北京大學研究團隊使用3D打印技術制作了一根脊椎,并成功地植入一名12歲男孩體內,這屬全球首例。

2015年,日本筑波大學的團隊曾宣布,已研發出用3D打印機低價制作可以看清血管等內部結構的肝臟立體模型,不過這些內臟器官模型主要用于研究,且由于價格高昂,在臨床上沒有得到普及。

2018年,來自愛丁堡大學的研究委員會再生醫學中心的科學家就結合干細胞技術與3D打印技術,成功培育除了人源3D肝臟組織,并且在小鼠水平顯示出治療的潛力。

這項發表在《Archives of Toxicology》雜志上的研究中,科學家們采集了人類胚胎干細胞并誘導形成多能干細胞(已被誘導轉變為干細胞的成體細胞),通過定向誘導形成為肝細胞。該研究的科學家使用了一種適合人體的聚合物,將其制作成微觀纖維,然后纖維網形成一厘米見方、毫米厚的支架。然后再將培養好的源自胚胎干細胞的肝細胞加載到支架上并且植入小鼠的皮下。研究結果顯示,血管能夠在支架上成功生長。此外,作者并且發現小鼠的血液中含有人肝蛋白,表明組織已成功地與循環系統整合,支架未被動物的免疫系統拒絕。

除此之外,美國明尼蘇達大學研究人員近日在《先進功能材料》雜志線上版發表研究論文稱,他們開發出一種新的多細胞神經組織工程方法,利用3D打印設備制出生物工程脊髓。研究人員稱,該技術有朝一日或可幫助長期遭受脊髓損傷困擾的患者恢復某些功能。

該方法將先進的細胞生物工程技術和獨特的3D打印技術有效結合,利用生物3D打印設備,以硅膠制成的、可生物兼容的導板為支架,采用擠壓法,將誘導多能干細胞(iPSC)衍生的脊髓神經元祖細胞(sNPCs)和少突膠質祖細胞(OPCs)一層層精確打印到支架內,最后形成生物工程脊髓。3D打印的sNPCs能夠在微支架通道中分化并延伸出軸突,形成神經元網絡。鈣通量研究證實,這些神經元網絡具有活性。

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