以色列是一個不折不扣的“創(chuàng)新之國”。位于中東，飽受戰(zhàn)火沖突的以色列其國土面積雖不如北京與上海的總和，人口也只有區(qū)區(qū)800萬，卻已經(jīng)誕生了10多位諾獎得主。
今日，來自以色列特拉維夫大學(xué)的科學(xué)家們又給我們帶來了一項突破。一支科研團隊用人類的脂肪組織，通過一系列神奇的操作，最終成功3D打印出了一顆“人造心臟”。它雖然只是一個微縮版的原型，卻是人類“首次成功設(shè)計并打印出一個具有細(xì)胞、血管、心室和心房的心臟”。
▲3D打印心臟，以色列科學(xué)家?guī)砹诵峦黄疲▓D片來源：參考資料[1]）
這顆心臟可以說是生物學(xué)、材料學(xué)、計算機科學(xué)等諸多學(xué)科聯(lián)合帶來的科學(xué)突破。具體來看，研究人員們先從一些患者的體內(nèi)取出了一些脂肪組織，然后將其“細(xì)胞”與“非細(xì)胞”的成分進行分離。這些細(xì)胞隨后被用來誘導(dǎo)產(chǎn)生多能干細(xì)胞，而膠原蛋白和糖蛋白等非細(xì)胞成分則用來合成“個體化凝膠”，來充當(dāng)3D打印的“墨水”。
▲簡單幾步處理，脂肪變成了打印心臟的“墨水”（圖片來源：參考資料[1]）
研究人員們發(fā)現(xiàn)，自身材料組成的凝膠給干細(xì)胞提供了良好的發(fā)育環(huán)境。在這些凝膠里，干細(xì)胞能高效分化成心臟細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。由于所有的材料都來自患者本身，這些細(xì)胞產(chǎn)生的組織能有效地避免異體器官移植中的排斥問題。
“生物材料的兼容性是消除移植排斥問題的關(guān)鍵，這些問題可能會危害移植的成功，”本研究的通訊作者Tal Dvir教授說道：“理想情況下，生物材料應(yīng)該與患者本身的組織有同樣的生化、機械、以及拓?fù)湫再|(zhì)。”
▲研究人員們用計算機模擬了小血管網(wǎng)絡(luò)（圖片來源：參考資料[1]）
成功分化細(xì)胞之后，研究人員們進一步開始用這一方法“3D打印”心臟組織和器官。利用CT掃描技術(shù)，他們勾勒出了心臟的大體結(jié)構(gòu)，這包括了心臟的形狀，心房心室的尺寸，以及主要血管的走向。對于CT掃描無法獲取的小血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研究人員們又使用了數(shù)學(xué)模型，計算不同區(qū)域的氧消耗，合理分配血管的走向。在計算機的輔助下，我們獲得了更為完整的血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用于實際的打印。
▲3D打印心臟的全過程（圖片來源：參考資料[1]）
▲往3D打印的心臟里注射染料觀察結(jié)構(gòu)（圖片來源：參考資料[1]）
萬事俱備之后，他們成功打印出了一個“人造心臟”。限于目前的技術(shù)，研究人員們打印出來的還只是一個“迷你版”，尺寸只有櫻桃一樣大，差不多是兔子心臟的大小。這顆心臟帶有心臟細(xì)胞和血管，結(jié)構(gòu)完整。目前，這顆心臟里的細(xì)胞可以出現(xiàn)收縮，但尚不能像正常心臟一般搏動泵血。這也是研究人員們下一步的主攻方向。
按計劃，他們想在1年多后開啟動物實驗，研究這種人造心臟用于器官移植的可行性。目前，心血管疾病是人類的第一殺手，而心臟移植是病情嚴(yán)重患者幾乎唯一的選擇。由于遲遲沒有合適的器官，許多患者只能在等待中，迎來生命的終結(jié)。如果這一技術(shù)真的能用于人類器官移植，無疑是一大喜訊。
“可能在10年里，全世界最好的醫(yī)院里就能出現(xiàn)器官打印機。” Dvir教授樂觀地估計道。我們期待早日看到夢想成真的那一天！
參考資料：
[1] Nadav Noor et al., (2019), 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts, Advanced Science, DOI: https://doi.org/10.1002/advs.201900344
[2] 'First' 3-D print of heart with human tissue, vessels unveiled, Retrieved April 15, 2019, from https://medicalxpress.com/news/2019-04-d-heart-human-tissue-vessels.html
[3] Researchers build 3D-printed heart out of patient’s donor cells, Retrieved April 15, 2019, from https://www.fiercebiotech.com/medtech/researchers-build-3d-printed-heart-out-patient-s-donor-cells
[4] TAU Scientists Print First 3D Heart Using Patient’s Own Cells and Materials, Retrieved April 15, 2019, from https://www.aftau.org/weblog-medicine--health?&storyid4704=2446&ncs4704=3
