科学家使用患者的生物材料打印出第一颗3D心脏
工程化心脏完全匹配患者的免疫学、细胞学、生物化学和解剖学特性。
图片来源：Advanced Science
由患者自己的生物材料和细胞设计的3D打印的小型人体心脏。
在一项重大医学突破中，特拉维夫大学的研究人员使用患者自己的细胞和生物材料“打印”了世界上第一个3D血管化工程心脏。他们的研究结果于4月15日在高级科学研究中发表。
到目前为止，再生医学领域的科学家已经成功地只打印了没有血管的简单组织。
“这是世界上第一次成功地设计和打印出一个充满细胞、血管、心室和腔室的完整心脏。”TAU材料科学与工程系分子细胞生物学和生物技术学院的Tal Dvir教授说。纳米科学与纳米技术中心和佐罗尔再生生物技术中心领导负责这项研究。
心脏病是美国男性和女性死亡的主要原因。心脏移植是目前终末期心力衰竭患者唯一可用的治疗方法。鉴于心脏捐献者的严重短缺，迫切需要开发新的方法来再生患病的心脏。
“这颗心脏是由人体细胞和患者特异性生物材料制成的。在我们的工艺过程中，这些材料可作为生物材料，由糖和蛋白质制成的物质，可用于复杂组织模型的3D打印。”Dvir教授说，“过去人们已经设法对心脏结构进行3D打印，但不能用细胞或血管进行3D打印。我们的研究结果证明了我们在未来设计个性化组织和器官的方法的潜力。”
研究由Dvir教授，TAU生命科学学院的Assaf Shapira博士和Dvir教授实验室博士生Nadav Moor共同完成。
“在这个阶段，我们的3D心脏很小，只有兔子心脏的大小.”Dvir教授解释道，“但更大的人类心灵需要同样技术。”
在这项研究中，对患者的脂肪组织进行了活检。然后分离组织的细胞和α-细胞材料。当细胞被重新编程成为多能干细胞时，细胞外基质（ECM），一种细胞外大分子（如胶原蛋白和糖蛋白）的3D网络被加工成个性化的水凝胶，用作打印“油墨”。
在与水凝胶混合后，细胞被有效地分化成心脏或内皮细胞，从而形成具有患者特异性、免疫相容性的心脏贴片，并随后形成一个完整的心脏。
根据Dvir教授的说法，使用“原生”患者特异性材料对于成功设计组织和器官来说至关重要。
“工程材料的生物相容性对于消除植入物排斥的风险至关重要，这会危及此类治疗是否取得成功。”Dvir教授说，“理想情况下，生物材料应该具有与患者自身组织相同的生化、机械和外形特征。在这里，我们可以报告一种简单的方法来处理3D打印厚的、血管化和可灌注的心脏组织，这些组织完全符合患者的免疫、细胞、生化和解剖学特征。”
Dvir教授说，研究人员现在正计划在实验室中培养打印的心脏，并引导它们“像真实心脏一样表现”。然后他们计划将3D打印心脏移植到动物身上。
“我们需要进一步开发打印心脏。”他总结道，“细胞需要形成一种泵送能力；它们目前可以收缩，但我们需要它们一起工作。我们希望能够成功地证明这些方法的有效性和实用性。
“也许，十年后，世界上最好的医院将会有器官打印机，这些程序将定期进行。”