盡管3D打印技術在過去幾年里取得了飛躍式的進展,但用它來打印人體功能器官仍然是一個遙遠的夢想。然而最近,科學家們將這個夢想又向前推進了一步。
在美國,心血管疾病是死亡的主要原因。
根據美國疾病控制與預防中心(CDC)的數據,美國每年有61萬人死于心臟病。
一旦發展到最后階段,唯一的治療選擇就是心臟移植。
由于心臟供體太少,挽救生命的移植手術要等很長時間。
科學家們熱衷于尋找修補現有心臟組織的方法,以移除或推遲移植的需要。
例如,如果外科醫生能將一種材料插入心臟,它就能形成一個臨時支架來支持細胞并促進細胞重組。
這種所謂的心臟組織工程有很多問題;首先,科學家需要找到一種人體不會排斥的物質。研究人員已經嘗試了一系列的材料和方法,但最理想的候選者是來自病人身體的細胞。
近年來,研究人員在人工復制人體組織方面取得了一些進展。
來自以色列特拉維夫大學的一組科學家將這項工作又向前推進了一步,將心臟組織工程推進到了下一個階段。
科學家們設計了一種開創性的方法,使他們能夠創造出迄今為止最接近人造心臟的東西。
他們的第一步是對病人的脂肪組織進行活檢;然后,他們將細胞物質從非細胞物質中分離出來。
研究人員對脂肪組織的細胞進行了重新編程,使之成為多能干細胞。多能干細胞可以發育成心臟生長所需的多種細胞類型。
非細胞物質由結構成分組成,如糖蛋白和膠原蛋白;科學家們將其改造成一種“生物墨水”。
然后,他們將這種生物墨水與干細胞混合。這些細胞分化成心臟細胞或內皮細胞(排列在血管上),科學家可以用這些細胞來制造心臟補丁,包括血管。
他們在最近發表在《先進科學》雜志上的一篇論文中詳細描述了他們的方法。
“這顆心臟是由人體細胞和病人專用的生物材料制成的。在我們的過程中,這些材料作為生物墨水,由糖和蛋白質組成的物質,可用于復雜組織模型的3D打印,”Dvir教授說。
他接著說:“在過去,人們成功地用3d打印出了心臟的結構,但不是用細胞或血管。我們的結果證明了我們的方法在未來工程個性化組織和器官替換方面的潛力。”
為了證明他們的技術的潛力,科學家們創造了一個小的但在解剖學上精確的心臟,包括血管和細胞。
“在這個階段,我們的3D心臟很小,和兔子的心臟一樣大,”Dvir教授說。“但更大的人類心臟需要同樣的技術。”
值得注意的是,這項技術距離能夠替代心臟移植還很遙遠。這只是前進道路上的又一步——盡管是相當大的一步。
下一個關鍵的任務,正如Dvir教授所說,是教他們像心臟一樣行動;他解釋說,他們“需要進一步開發打印心臟”。細胞需要形成泵送能力;他們目前可以簽約,但我們需要他們共同努力。”
“我們的希望,”他繼續說,“是我們會成功,并證明我們的方法的有效性和實用性。”
前面還有很長的路要走,但是研究人員對他們已經取得的進展感到興奮。