一個雄心勃勃的 3D 列印心臟專案旨在使患者在十年內有可能獲得天然器官替代品。但領導這項“登月計劃”的研究人員也認為，3D 列印技術必須利用生物學的自組織能力才能完成這項工作。
用病人自身的脂肪幹細胞培育 3D 列印心臟的想法來自肯塔基州路易斯維爾心血管創新研究所的執行和科學主任斯圖爾特·威廉姆斯。他的實驗室已經開始開發下一代定製3D 印表機，旨在打印出包含所有部分（心肌、血管、心臟瓣膜和電組織）的完整心臟。
“我們可以列印心臟的各個元件，但我們正在製造下一代印表機，從頭開始構建心臟，”威廉姆斯說。
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對於致力於在再生醫學領域創造 3D 列印器官的研究人員來說，心臟代表著最雄心勃勃的目標之一。3D 列印透過逐層鋪設活細胞來構建人體組織的能力，已經使研究人員能夠建立諸如肝臟和腎臟等小塊器官——通常使用從脂肪或骨髓中提取的幹細胞作為來源材料。
威廉姆斯和心血管創新研究所首先使用 3D 列印來建立他們認為“生物人造”心臟的各個部分。這種零敲碎打的方法最終可能使研究人員在一週內列印並拼湊出一個功能齊全的心臟。
“我退後一步看了看我的同事，說，‘我們為什麼不把它像大型飛機一樣建造呢？’”威廉姆斯告訴 LiveScience。“將器官分成獨立的元件，找出製造元件的最佳方法，然後將它們組裝在一起。”
但是，構建全尺寸器官還需要研究人員以一種包含保持器官健康的微小血管複雜網路的方式列印人體組織。威廉姆斯認為 3D 列印是製造較小血管的理想方法——他和他的同事已經使用非 3D 列印的方法為手術中的移植用途建造了較大的血管。
儘管如此，當 3D 印表機在最微小的尺度上工作時，它們所能完成的生物工程也僅限於此。威廉姆斯解釋說，最好的印表機可能只能打印出毫米大小的結構，而最小的血管寬度只有幾微米，其中 1 毫米等於 1,000 微米。
這就是為什麼 3D 列印可能只能讓研究人員在實現建立完整心臟的目標過程中走完一部分的原因。相反，研究人員必須依靠細胞的天然自組織傾向來將血管編織在一起，並最終連線 3D 列印器官內的所有物質——這一過程可能在 24 小時內完成。
“我們將打印出幾十微米或更像幾百微米的東西，然後細胞將進行其生物發育反應，以便正確地自組織，”威廉姆斯說。
大多數研究人員預計，在未來 10 年甚至 15 年內，全尺寸的3D 列印器官不會成為現實，但心血管創新研究所仍在繼續推進其在十年內構建 3D 列印心臟的目標。威廉姆斯預計，下一代“生物印表機”將於 12 月開始推出。
您可以在 Twitter 上關注 Jeremy Hsu @jeremyhsu。 最初的文章發表於 LiveScience。
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