利用患者自身組織作為“油墨”,打印出微縮的“活”心臟

長期以來，3D打印器官概念一直被吹噓為有可能解決器官移植等待時間漫長的問題。如今，以色列的科學(xué)家們利用患者自身組織作為“油墨”，打印出微縮的“活”心臟，從而為這種構(gòu)想注入新鮮血液。

這個微型器官（大約一顆櫻桃大小，而成人心臟為拳頭大?。摹把芑钡囊饬x上來說是活的，這意味著它包含血管。它表明，生物打印不僅可以重建某個器官的結(jié)構(gòu)，還可以重建其運轉(zhuǎn)所需的管道系統(tǒng)。

領(lǐng)導(dǎo)此項研究的特拉維夫大學(xué)(Tel Aviv University)教授塔爾?德維爾(Tal Dvir)表示：“這是人類第一次成功設(shè)計并打印出具備細胞、血管、心室和心房的完整心臟?！边@個成果上月在《高級科學(xué)》(Advanced Science)期刊發(fā)布。懷疑人士指出，這顆小心臟無法泵血，功能完整的生物打印器官仍是一個遙遠的夢。

第一步是創(chuàng)建一款合適的生物油墨。科學(xué)家們對脂肪組織進行了活檢，然后將其分離成細胞和非細胞成分。細胞被改編還原為多能干細胞（功能最多樣的干細胞），然后經(jīng)過化學(xué)促進，形成心肌細胞和內(nèi)皮細胞（后者形成血管的內(nèi)壁）。然后把這些與利用非細胞殘留物（包括膠原蛋白）形成的“支架”凝膠混合。

在對患者心臟進行的電腦斷層掃描(CT)的引導(dǎo)下，研究人員一層層打印這種生物油墨，以構(gòu)建與患者個體解剖學(xué)匹配的幾毫米厚的所謂“心臟補丁”。它們表現(xiàn)出了收縮能力。

打印更大的結(jié)構(gòu)需要支撐介質(zhì)，在很大程度上就像果凍在凝固時需要一個保持形狀的模子。在這種情況下，一種緩沖凝膠用來在打印過程中包裹結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)預(yù)處理意味著之后會分離，留下被打印出來的小心臟。

倫敦大學(xué)學(xué)院(University College London)研究員克勞迪奧?卡佩利(Claudio Capelli)表示，這項工作對于定制身體器官是個好兆頭。他利用對兒童的臨床掃描打印其心臟的3D塑料模型。這些模型包含2000層，可以幫助倫敦大奧蒙德街醫(yī)院(Great Ormond Street Hospital)的外科醫(yī)生規(guī)劃復(fù)雜的外科手術(shù)。

“這帶來了創(chuàng)建可灌注的心臟補丁的可能性，”他表示，“如果血液可以流動，那么這些補丁就能‘活’。你可以利用你自己的組織而不是人工或動物材料，來替換心臟零件，例如瓣膜或冠狀動脈?！崩没颊咦陨斫M織的好處在于排異反應(yīng)會降至最低，這是器官移植的嚴重但可以治療的并發(fā)癥。

卡佩利醫(yī)生警告稱，做出整個心臟是不同數(shù)量級的挑戰(zhàn)，因為心臟運轉(zhuǎn)的方式仍很神秘：“我們還不知道心臟的完整算法，例如產(chǎn)生電活動的傳導(dǎo)系統(tǒng)如何發(fā)展?！?/p>

另一個困難是圖像分辨率。繪制更精細的心臟結(jié)構(gòu)需要活體患者接受無法承受的高劑量輻射。因此，為達到那種精度，卡佩利正與他在倫敦大學(xué)學(xué)院的同事安德魯?庫克(Andrew Cook)合作，對捐贈的心臟進行高劑量輻射。

最終而言，人造器官可以用于新藥篩選，但最引人注目的應(yīng)用是器官移植。科學(xué)家們已經(jīng)能夠打印皮膚、軟骨和骨；如今他們正競相打印腎臟、肝臟、心臟和角膜。需求無疑是存在的：英國大約有6000人在移植等候名單上。

德維爾教授預(yù)測，器官打印設(shè)備問世可能只需要10年。卡佩利醫(yī)生則更為謹慎：“這項工作是強大的，但要創(chuàng)建一顆跳動的功能完整的心臟還有很長的路要走。”