全球首个人体组织3D打印完整心脏问世

全球首个人体组织3D打印完整心脏问世,未来或可移植人体

2019年4月15日,以色列特拉维夫大学分子微生物和生物技术学系TalDvir教授公布器官移植领域重大突破:使用人体组织3D打印全球首个完整心脏,包含细胞、血管及心腔,打印材料来自人体细胞及组织。该心脏大小与兔子心脏类似,下一步是培养其泵血等功能,并完成动物移植。该研究成果被科学家称之为“首次”和“重大医学突破”,提高了人类心脏移植的可能性。

TalDvir教授称:“这是全球首次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。研究人员需从患者体内提取细胞,然后用这些细胞来创造心脏,并能为每个病人量身定做,这样就会使并发症的风险降到最低。”

研究中,科学家从患者身上采集脂肪组织,并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。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。”整个3D打印过程大约需要3-4个小时,但成熟的过程可能需要一个月左右。

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。”

研究人员们认为,该研究处于早期阶段,在3D打印心脏完全投入使用前,还面临诸多挑战。比如:在成本方面,在实验室环境下,3D打印心脏的过程要花费“几千以色列新谢克尔(注:1以色列新谢克尔=0.28美元)”,如果这项技术在未来实现商业化,可能还会更加昂贵。其次,研究中3D打印技术打印的心脏只有兔子心脏大小,因此这项技术还需要在生物反应器(一个支持生物活跃环境的系统)中经历一个漫长的成熟过程,并使它们生长,从而长成人类心脏大小。此外,目前的3D打印机受到分辨率大小的限制,还无法打印出微细血管。

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3D打印机,这些机器将会按照事先设定好的程序工作,为患者提供个性化器官打印。”

据世卫组织(WTO)数据,心血管疾病是全球造成死亡最多的病因。2016年,估计有1790万人死于心血管疾病,占全球死亡总数的31%。其中,85%死于心脏病和中风。心脏移植也是目前唯一可用于终末期心力衰竭患者的治疗方法。然而,由于缺乏心脏供体,心脏移植在过去一直是个难题。如今最新的科学突破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。

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