世界上首颗3D打印心脏：有血有肉会跳动

一项新的技术突破可能使漫长而危险的器官移植成为一个完整的历史。

4月15日，以色列特拉维夫大学在一份综合性科技期刊《高级科学》上发表了一篇文章，宣布成功制造出世界上第一个由人类细胞制成的3D打印心脏。

特拉维夫大学研究人员展示人造心脏

这个3D打印的人造心脏大约有2厘米长，大约有兔子心脏那么大，看起来像一个精致的小玩具。然而，这颗心脏是人类心脏的真实缩小版。它不仅有心脏细胞，还有血管和其他支撑结构。它甚至可以像真正的心脏一样跳动。

如果世界上有一个30厘米高的迷你人，心脏理论上可以支持它所有的生理活动。

最重要的是，这颗心脏的“打印材料”和“胶水”来自病人自己的人体细胞，在器官移植过程中不会产生任何排斥反应。以前，所有人造器官都是由合成材料或其他非来自病人的材料制成的。

器官移植手术的曙光可能真的会到来。

就像印刷模型，印刷心脏

人体器官的3D打印不像将一堆细胞堆积到心脏或肾脏中那么简单。

看起来真的很简单

尽管人类已经掌握了人工培育简单人体组织的技术，但要培育出一个完全符合患者免疫、细胞、生化和解剖特征的心脏仍然极其困难。特别是在心脏中，复杂的血管网络和附着于其上的肌肉组织需要严格符合正常的心脏解剖结构，以确保心脏的正常运行。

3D打印技术的发展使得从零开始重建心脏成为可能。

全心印刷工艺

根据特拉维夫大学发表的一篇论文(个性化厚且可灌注的卡片贴片和心脏的3D打印)，打印心脏的原材料来自取自患者的网膜组织。网膜组织位于人体内脏之外，像面纱一样保护内脏。

之后，网膜组织将被分成两部分:细胞和基质。

通过重编程，从网膜分离的体细胞将返回到可以再次分化的多能干细胞。在诱导下，多能干细胞再分化成构成心脏主体的心肌细胞和构成血管的内皮细胞。

分离的基质将被加工成水凝胶。

打印流程图

接下来，将心肌细胞和内皮细胞分别在水凝胶中培养，以形成3D打印所需的打印材料。

在下图中，我们可以清楚地看到用于3D打印的原材料。a是刚刚剥离的网膜组织。在所有细胞被分离后，网膜组织就像图b中的锅巴一样留在基质中。图c是由“锅巴”制成的水凝胶，它将在印刷中起到“生物墨水”的作用。

小心大计划。

最后一步是模拟病人的心脏。

心脏的建模非常复杂。它不仅需要重现病人自己的心脏形状(毕竟，世界上没有两个完全相同的心脏)，还需要想象力来弥补细节。

在对患者心脏进行CT扫描后(图A)，科学家们能够识别出患者心室中主要血管的三维结构和方向(图B)。在确定了大血管后，学者们可以借助于计算机辅助设计软件再现粘贴在血管外的心肌的大小和几何形状。然而，由于CT扫描不能显示小血管的图像，心脏中的血氧浓度必须借助于数学模型来计算，并且更小的血管被添加到基本血管系统设计中(图d)。

由于在整个印刷过程中使用的细胞和“粘合剂”都来自病人自己，这些器官不会引起任何排斥反应，可以称之为“即用型”和安全的。

挑战依然存在

第一个3D打印心脏已经取得了成功，但是离人类心脏还有多远？

这个问题的答案，连研究者自己都不确定。

特拉维夫大学分子细胞生物学和生物技术学院的教授、本文作者之一塔尔·德维尔在一份声明中说:“到目前为止，我们的技术只能制造微型心脏，但用于制造人类大小心脏的技术是一样的。”

除了尺寸，一个真正的心脏应该能够连接到血管和泵血到身体的所有部分。“虽然这颗心脏可以收缩，但是我们还不能把它和血管连接起来，”德菲尔教授说。"一个真正的心脏应该能够与血管整合并自主工作."

研究人员表示，下一步，他们将尝试将3D打印的心脏移植到动物身上。

然而，在遥远的未来，我们能从这项技术中得到的远不止是心脏移植。

使用同样的技术，膀胱、耳朵、血管和气管这些更简单的器官和组织可以被完全复制。对于局部心脏损伤的患者，也可以将3D打印技术制造的心脏补片提上日程。

“也许，在十年内，世界上最好的医院将配备器官打印机，使器官和组织打印成为常规操作。”德菲尔教授说。