美科学家3D打印出心脏组织未来或可制出完整器官

   美国科学家当地时间8月1日宣布,利用3D生物打印机,他们成功地用胶原蛋白制造出可正常工作的心脏组织。他们说,这项突破性技术有朝一日可以制造出完整的器官。这篇发表在美国《科学》周刊的研究论文称,他们采用的这种方法,以迄今所能达到的最高精度,使用人体内最丰富的蛋白,复制出了复杂的人体生物支架。

   随后,这些结构可以嵌入活体细胞和毛细血管,其精细度可达20微米,远远高于大多数用于制造塑料结构的3D打印机。论文作者之一、美国卡内基一梅隆大学生物医学工程教授亚当·范伯格说:“我们已经证明,我们可以用胶原蛋白打印出心脏瓣膜。虽然我们还没有把它置入动物体内,但我们建造了一个模拟人体压力和流速的测试台,并且我们证明,它被放入后能正常工作。”

   该研究小组使用磁共振成像技术对人类心脏进行扫描,来复制患者的特定心脏部位,他们已取得了心跳同步和瓣膜开闭等成果。2019年4月,以色列的一个研究小组宣布,他们利用人体组织和血管,制造出3D打印心脏,但这颗心脏无法泵出。

   过去,科学家们尝试打印人体生物支架,即“细胞外基质”,但一直受到组织还原度和精细度低下的制约。胶原蛋白足实现这项任务的一种理想的生物材料,因为它存在于人体的所有组织中。它一开始是液态,在尝试打印的过程中,它会变成类似果冻的胶质。但科学家们利用pH值的快速变化,使胶原蛋白在精确控制下固化,从而克服了这些障碍。

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   这项名为“悬浮水凝胶自由形式可逆嵌入“(FRESH)的技术,可以让胶原蛋白在凝胶支撑槽中一层一层地叠加,然后通过从室温到体温的加热,把支撑槽融化,从而得到一个完好的结构。该团队的设计是开源的,这意味着其他实验室可以复制结果和打印相同的组织。

   未参与该项目的美国塔夫茨大学生物医学工程师奎妮·达斯古普塔和劳伦·布莱克在《科学》发表的评论文章中说:“其他方法曾演示了如何打印脉管系统或胶原蛋白,但都没有达到新方法的精确度。”他们还说,这项新技术制造出来的结构可以“大大提高细胞活力”,并促进新血管的生成。但他们提醒说,功能性结果还需要进一步提高,最终目标是1微米甚至是更高的精确度。

   从长远来看,这项技术将来有可能被用于打印心脏或其他器官。美国有4000人正等待心脏移植,全世界还有数百万人需要进行心脏移植。实现这一目标面临的挑战包括,生成生物打印大型组织所需的数十亿个细胞,达到制造规模并遵守监管程席,以便在动物以及最终在人类身上进行试验。

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凤凰周刊

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