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全球首例3D打印完整心脏问世,打印器官移植有望实现

2019-04-19

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以色列特拉维夫大学研究人员15日宣布,他们首次在全球成功地“打印”出带血管的人工3D心脏。

“全球首次”究竟有什么意义呢?

首次成功设计并打印出一个具有细胞、血管、心室和心房的完整心脏。

运用了人类的脂肪组织,获得的3D心脏由患者细胞和生物材料制成。

是生物学、材料学、计算机科学等诸多学科联合带来的科学突破。

一年后会把打印心脏移植到动物体内进行测试。

bet356注册验证2017年瑞士的苏黎世联邦理工学院功能材料实验室的研究团队开发了一种人工心脏。它采用硅胶材料通过3D打印技术合成,看起来像真实心脏,跳动起来也与其无异。该硅胶心脏跳动3000次后就会开始衰减,相当于只能使用大约45分钟,因此无法应用于临床植入。虽然近期内不能像真实心脏一样工作,但是这项成果暗示了未来人们有望开发并应用更小的、与人类器官更相近的人造器官。

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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,而心脏移植是目前末期心脏衰竭患者唯一可用的治疗方法,但心脏捐献者严重短缺。

此次,研究人员在以色列中部城市特拉维夫举行发布会,展示的这颗樱桃大小的3D心脏,并表示这是一项“重大医学突破”,为未来打印可用于移植的心脏提供了可能。

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3D打印“完整”心脏是如何实现的?

研究中,首先从患者身上取得活检脂肪组织,然后将脂肪组织的细胞和非细胞进行分离。分离出的细胞被重新编程成为多能干细胞后,有效地分化成心脏细胞或内皮细胞。

将胶原蛋白和糖蛋白等细胞外基质(ECM)加工成个性化的水凝胶作为打印材料,来充当3D打印的“墨水”。然后将分化的细胞与其混合,用于打印具有患者特异性、无排异性的带血管的心脏组成部分,最终是完整的心脏。

打印技术中,利用了CT扫描技术,他们勾勒出了心脏的大体结构,这包括了心脏的形状,心房心室的尺寸,以及主要血管的走向。对于CT扫描无法获取的小血管网络结构,研究人员们又使用了数学模型,计算不同区域的氧消耗,合理分配血管的走向。在计算机的辅助下,获得了更为完整的血管网络结构,用于实际的打印。

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特拉维夫大学教授德维尔认为,使用“原生”患者特异性材料对于成功设计组织和器官至关重要。“生物材料的兼容性是消除移植排斥问题的关键,这些问题可能会危害移植的成功,理想情况下,生物材料应该与患者本身的组织有同样的生化、机械、以及拓扑性质。”研究人员下步打算是先进行动物心脏移植实验,并最终完成人体心脏移植。

在现阶段,特拉维夫大学研发的3D打印心脏的大小仅适合兔子。这颗心脏里的细胞可以出现收缩,但尚不能像正常心脏一般搏动泵血。这也是研究人员们下一步的主攻方向。然而,研究人员相信,采用相同的技术,他们能够可以获得尺寸更大的人类心脏,其他脏器官患者也同样有希望。

随着技术不断发展,人类未来可以随意将损坏的内脏通过3D打印换一颗完好无损的新器官来替代。在3D打印心脏之前,3D打印的器官组织已有:颌骨、器官支架、颅骨、脊柱、骨盆等,均已经进入临床。

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采用自体组织“打印”器官后植入人体,最大的好处是解决了供体短缺和排异的问题。也许十年后,世界上最好的医院会有人体器官打印机,而心脏移植手术将会变得很常见,也能够常规地为患者打印器官进行移植手术。

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