3D心脏打印使用患者自己的组织

在一项重大医学突破中，特拉维夫大学的研究人员用患者自己的细胞和生物材料“打印”出了世界上第一个3D血管化工程心脏。他们的研究结果发表在4月15日的《先进科学》杂志上。工程心脏完全符合患者的免疫、细胞、生化和解剖特性。

到目前为止，处于生物学和技术十字路口的再生医学领域的科学家们已经成功地打印出了没有血管的简单组织。

领导这项研究的TAU大学分子细胞生物学和生物技术学院、材料科学与工程系、纳米科学和纳米技术中心以及Sagol再生生物技术中心的Tal Dvir教授说:“这是世界上第一次有人成功地设计和打印了一个充满细胞、血管、心室和心室的完整心脏。”

心脏病是美国男性和女性死亡的主要原因。心脏移植是目前治疗终末期心力衰竭的唯一方法。鉴于心脏捐赠者的严重短缺，迫切需要开发新的方法来再生患病的心脏。

“这颗心脏是由人类细胞和患者特异性生物材料制成的。在我们的工艺中，这些材料作为生物墨水，由糖和蛋白质制成的物质，可用于复杂组织模型的3D打印，”Dvir教授说。“过去人们已经成功地3d打印出了心脏的结构，但没有使用细胞或血管。我们的研究结果证明了我们的方法在未来设计个性化组织和器官替代方面的潜力。”

这项研究是由Dvir教授、TAU大学生命科学学院的Assaf shapiro博士和Dvir教授实验室的博士生Nadav Moor共同进行的。

“在这个阶段，我们的3D心脏很小，只有兔子心脏的大小，”德维尔教授解释说。“但更大的人类心脏需要同样的技术。”

在这项研究中，从患者身上提取了脂肪组织的活组织切片。然后将组织的细胞和a细胞材料分离。当细胞被重新编程成为多能干细胞时，细胞外基质(ECM)，一种由胶原蛋白和糖蛋白等细胞外大分子组成的三维网络，被加工成个性化的水凝胶，充当打印“墨水”。

在与水凝胶混合后，细胞被有效分化为心脏或内皮细胞，以创建具有血管的患者特异性、免疫兼容的心脏斑块，然后是整个心脏。

根据Dvir教授的说法，使用“原生”患者特异性材料对于成功设计组织和器官至关重要。

“工程材料的生物相容性对于消除植入物排斥反应的风险至关重要，这会危及此类治疗的成功，”Dvir教授说。“理想情况下，这种生物材料应该具有与患者自身组织相同的生化、机械和地形特性。在这里，我们可以报告一种简单的方法，3d打印厚的、血管化的和可灌注的心脏组织，完全匹配患者的免疫、细胞、生化和解剖特性。”

德维尔教授说，研究人员现在正计划在实验室培养打印出来的心脏，并“教它们像心脏一样行动”。然后他们计划将3d打印的心脏移植到动物模型中。

“我们需要进一步开发打印心脏，”他总结道。“细胞需要形成泵送能力;他们目前可以收缩，但我们需要他们合作。我们希望能够成功并证明我们的方法的有效性和实用性。

“也许，十年后，世界上最好的医院里会有器官打印机，这些手术将会常规进行。”

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