脂肪細胞作「墨水」，他們造出全球首個 3D 列印心臟！

能與患者完全匹配的厚實的血管化組織，仍然是人造心臟難以逾越的鴻溝。

但以色列特拉維夫大學 (Tel Aviv University) Tal Dvir 教授及其領導的研究團隊正在接近這一目標。他們在實驗室內完成了人類首例 3D 列印心臟，它可完全與患者的免疫學、細胞、生物化學和解剖學特性匹配。更讓人吃驚的是，這顆僅有櫻桃大小的心臟，竟然是用脂肪組織逆轉為誘導多能幹細胞，再通過 3D 列印而成的。這項研究發表在 Advanced Science 上。

那麼 Tal Dvir 教授及其領導的研究團隊究竟是如何做的呢？

圖丨首例人造心臟（來源：Lior Wertheim, Tal Dvir. 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts）

心臟本身的構成極其複雜，但大致可以分為兩大類：細胞成分和非細胞成分。細胞成分主要包括能夠跳動的心肌細胞和供應營養的心臟血管內皮細胞，而非細胞成分則包括膠原蛋白、彈性纖維等維持心肌細胞生長穩態形成的組份。

3D 列印心臟的初衷是解決心臟移植供體短缺的困境，同時也是為了解決現有活體心臟移植後出現的免疫排斥反應。因此，3D 列印心臟所需要的材料在進入患者身體後也不能出現免疫排斥。

圖丨3D 列印心臟程序圖（來源：Lior Wertheim, Tal Dvir. 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts）

為了解決這兩個難倒千萬科學家的大難題，Tal Dvir 團隊想到使用誘導多能幹細胞（iPSC）來打造這一人造器官。

首先，研究團隊從患者體內取出了網膜組織，簡而言之就是一些脂肪組織。然後將這些脂肪組織中的脂肪細胞重編程為誘導多能幹細胞，它們具有全向分化能力。隨後，研究人員將這些 iPSC 重編程為 3D 列印所需要的心肌細胞和血管內皮細胞。

脂肪組織中的其他非細胞成分則被一一分離出來，作為 3D 列印心臟所需的非細胞組份。

這樣 3D 列印心臟所需的兩種關鍵「墨水」就集齊了。

圖丨人造心臟的最終來源及改造後的「墨水」（來源：Lior Wertheim, Tal Dvir. 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts）

我們知道心臟本身的供血是由冠脈血管來完成的，研究者首先利用高解析度 CT 對患者的心臟進行了 360 度無死角掃描，通過計算機輔助三維重建了患者心臟冠脈系統中的大血管。

但一些 CT 掃描無法探測到的小血管該怎麼辦呢？Tal Dvir 教授想到可以計算每個區域單位體積心肌細胞所需的氧氣量，「心肌需要多少，我給它多少唄」。通過計算機輔助計算，研究者設計了可以供給「每一寸」心肌細胞的營養的冠脈血管。

圖丨人造心臟冠脈系統的構建過程（來源：Lior Wertheim, Tal Dvir. 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts）

最後，研究人員將兩種細胞組份與非細胞組份一同進行了 3D 列印。這顆 3D 列印的心臟雖然僅有櫻桃大小，也就相當於兔子的心臟，但其擁有完整的左右心室、左右心房、室間隔和房間隔，同時具有供應這些心肌細胞生長的脈管系統。

當仔細觀察這一人造心臟時，研究人員甚至能夠看到心肌細胞的跳動，但由於缺少竇房結等心臟傳導系統，這些心肌細胞並不能統一地進行收縮和舒張，也就是說這一心臟還不具備泵血功能。

但這一心臟的出現，可以堪稱是組織工程學上的「奇蹟」，其為未來 3D 列印人體器官及藥物模型的構建提供了十分可靠的參考價值。

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編輯：Michael 責編：黃珊

參考：Lior Wertheim, Tal Dvir. 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts

坐標：北京·國貿

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