3D打印出可工作心臟組織能正常搏動(dòng)泵血嗎？3D打印生物材料是什么？3D打印心臟技術(shù)發(fā)展前景

• 2019年8月6日 WuYaNan來源：東方網(wǎng) 648 37
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8月2日，美國研究人員在《科學(xué)》雜志撰文稱，他們使用FRESH技術(shù)，已成功3D打印出可正常工作的心臟“零件”。借助這項(xiàng)技術(shù)，可設(shè)計(jì)打印從毛細(xì)血管到整個(gè)器官的人類心臟組件，向打印可正常工作的心臟邁近一步。

3D打印出可工作心臟組織能正常搏動(dòng)泵血嗎？3D打印生物材料是什么？3D打印心臟技術(shù)發(fā)展前景

8月2日，美國研究人員在《科學(xué)》雜志撰文稱，他們使用FRESH技術(shù)，已成功3D打印出可正常工作的心臟“零件”。借助這項(xiàng)技術(shù)，可設(shè)計(jì)打印從毛細(xì)血管到整個(gè)器官的人類心臟組件，向打印可正常工作的心臟邁近一步。

3D打印心臟技術(shù)發(fā)展前景

不久前，3D打印首個(gè)心臟完成，目前細(xì)胞可收縮，但還不能像人體心臟一樣征程搏動(dòng)泵血，但3D打印心臟技術(shù)可視化醫(yī)療的重大飛躍，其能為心臟病醫(yī)生與外科專家?guī)肀憷玫靥岣咴\斷能力，因而引發(fā)了業(yè)界廣泛熱議，這也使得3D打印的概念再次受到人們關(guān)注。

不久前，OFweek3D打印網(wǎng)曾經(jīng)報(bào)道了一個(gè)醫(yī)療業(yè)里程碑式的案例，一位美國的醫(yī)學(xué)手術(shù)專家成功利用3D打印技術(shù)模擬脾動(dòng)脈血管來拯救垂死病人的例子?？梢灶A(yù)見，隨著3D打印在醫(yī)療行業(yè)的不斷引入，這將極大的改變以往傳統(tǒng)醫(yī)療方式，轉(zhuǎn)為依靠科技手段來實(shí)施更加精準(zhǔn)，風(fēng)險(xiǎn)更小的高難度手術(shù)，無疑這是不光是對(duì)傳統(tǒng)醫(yī)療的極大輔助。

美國一家兒童醫(yī)院的先天性心臟病專家通過將CT(計(jì)算機(jī)斷層掃描)和3DTEE(3D經(jīng)食道超聲心動(dòng)圖)兩種技術(shù)結(jié)合在一起，成功地打印出了更為精確的3D打印模型，隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展，3D打印心臟模型已經(jīng)從前沿技術(shù)變得普及，不過提高對(duì)心臟結(jié)構(gòu)和特征的可視化水平仍舊是醫(yī)學(xué)界致力研究的領(lǐng)域。

心臟：

心臟是脊椎動(dòng)物身體中最重要的器官之一，主要功能是為血液流動(dòng)提供動(dòng)力，把血液運(yùn)行至身體各個(gè)部分。人類的心臟位于胸腔中部偏左下方，體積約相當(dāng)于一個(gè)拳頭大小，重量約250克。女性的心臟通常要比男性的體積小且重量輕。

心臟的作用是推動(dòng)血液流動(dòng)，向器官、組織提供充足的血流量，以供應(yīng)氧和各種營養(yǎng)物質(zhì)，并帶走代謝的終產(chǎn)物(如二氧化碳、無機(jī)鹽、尿素和尿酸等)，使細(xì)胞維持正常的代謝和功能。

心臟在什么位置?

人的心臟外形像桃子，位于橫膈之上，兩肺間而偏左。

心臟由心肌構(gòu)成，左心房、左心室、右心房、右心室四個(gè)腔組成，其中左心室內(nèi)壁是最厚的，這四個(gè)腔分別是體循環(huán)，肺循環(huán)的必經(jīng)之路。

左右心房之間和左右心室之間均由間隔隔開，故互不相通，心房與心室之間有瓣膜(房室瓣)，這些瓣膜使血液只能由心房流入心室，而不能倒流。

3D打印生物材料是什么?

膠原蛋白是一種非常理想的3D打印生物材料，因?yàn)樗鼛缀鯓?gòu)成了你身體的每一個(gè)組織。3D打印之所以如此困難，是因?yàn)樗婚_始是液態(tài)的——所以如果你想在空中打印它，它只會(huì)在你的構(gòu)建平臺(tái)上形成一個(gè)水坑。所以我們開發(fā)了一種技術(shù)來防止它變形。

FRESH可以讓膠原蛋白在凝膠支撐槽中逐層疊加，然后通過從室溫到體溫的加熱，把支撐槽融化，從而得到一個(gè)完好的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的精細(xì)度可達(dá)20微米，可嵌入活體細(xì)胞和毛細(xì)血管。借助這一方法，可設(shè)計(jì)打印從毛細(xì)血管到整個(gè)器官的各種尺度的人類心臟組件。

不僅限于膠原蛋白，纖維蛋白、藻酸鹽、透明質(zhì)酸等多種軟性凝膠均可采用FRESH技術(shù)進(jìn)行3D生物打印，為組織工程提供了一個(gè)強(qiáng)大、適應(yīng)性強(qiáng)的平臺(tái)。重要的是，研究人員還開發(fā)了開源設(shè)計(jì)，這樣幾乎任何人，從醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室到高中科學(xué)班，都可以構(gòu)建并獲得低成本、高性能的3D生物打印機(jī)。

延伸閱讀：

3D打印出全球第一顆完整心臟

以色列特拉維夫大學(xué)的研究人員宣布他們已用 3D 打印技術(shù)，利用取自病人自身的人體組織，打印出了全球第一個(gè)完整的心臟。這是世界上第一顆具備細(xì)胞和血管的 3D 打印心臟，它的問世有可能成為心臟病治療領(lǐng)域的巨大進(jìn)步。

研究人員耗時(shí) 3 小時(shí)左右打印出來的心臟和一個(gè)櫻桃差不多大，相當(dāng)于兔子心臟的大小，但它擁有清晰的血管脈絡(luò)。

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)。

研究人員從患者身上采集了脂肪組織，并且將其中的細(xì)胞和非細(xì)胞物質(zhì)分離開來。分離出的細(xì)胞隨后與特制的打印材料混合到一起，打印出適合患者的心臟組織，不會(huì)產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。

目前，這顆心臟里的細(xì)胞可以收縮，但不能像正常心臟一般搏動(dòng)泵血。這也是研究人員們下一步的主攻方向。按計(jì)劃，他們想在 1 年多后開啟動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，研究這種人造心臟用于器官移植的可行。

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