3D打字与印刷心脏技能获突破,以色列国物艺术学

作者: 科研成果  发布:2019-11-22

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研究人员已经创造了世界上第一颗3D打印心脏,它不仅具有细胞和血管而且未来能够植入到人体内。这颗3D打印心脏来自以色列研究人员的研究成果,它的问世有可能成为心脏病治疗领域的巨大进步。

4月16日报道,以色列科学家创造了一种血管化的人类心脏,这是有史以来第一次,使用3D打印机将患者的人体组织结合起来,这一医学突破将能够减少患者们的手术等待时间,而且能够拯救全世界数百万条生命,因为患者们不再需要等待心脏捐赠者的出现。

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周一,特拉维夫大学的一个研究小组揭示了3D打印的心脏,它完全符合人类患者的免疫,细胞,生化和解剖学特性。研究的首席作者、特拉维夫大学分子细胞生物学和生物技术学院的Tal Dvir教授称:“这是世界上首次有人成功通过工程学设计,打造出具有细胞、血管、心室的完整心脏。,他领导了这项研究的研究,并得到了Nadav Noor,Assaf Shapira博士,Reuven Edri,Idan Gal和Lior Wertheim的协助。

研究人员需要从患者体内提取了细胞,然后用这些细胞来创造心脏,这样就会使并发症的风险降到最低。研究的首席作者,特拉维夫大学分子细胞生物学和生物技术学院的Tal Dvir教授称:“这是世界上首次有人成功通过工程学设计,打造出具有细胞、血管、心室的完整心脏。”

该过程涉及从患者的脂肪组织中分离出细胞和α-细胞材料。当细胞被重新编程为多能干细胞并有效分化为心脏或内皮细胞时,细胞外基质,一种细胞外大分子的三维网络,如胶原蛋白和糖蛋白,被加工成个性化的水凝胶,作为打印“墨水”。然后将分化的细胞与生物墨水混合,并用于3D打印患者特异性,免疫相容的心脏补片与血管,随后是整个心脏。 3D打印过程大约需要3-4个小时。

在英国,心血管疾病占到人们死亡原因的26%,而且等待心脏手术的患者也特别多。这一医学突破将能够减少患者们的手术等待时间,而且能够拯救全世界数百万条生命,因为患者们不再需要等待心脏捐赠者的出现。

在研究中,科学家们从患者身上采集了脂肪组织,并且将其中的细胞和非细胞物质分离开来。分离出的细胞随后与特制的打印材料混合到一起打印出适合患者的心脏组织。Dvir博士称:“这种心脏是由人类细胞和为患者特制的生物学材料打造而成的。在打印过程中,这些生物学材料充当的是一种生物墨水,这些由糖和蛋白质构成的材料能够用于3D打印复杂的组织模型。”

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△TAU的生物3D打印工艺和使用该技术制造的其他样品结构

在研究中,科学家们从患者身上采集了脂肪组织,并且将其中的细胞和非细胞物质分离开来。分离出的细胞随后与特制的打印材料混合到一起打印出适合患者的心脏组织。Dvir博士称:“这种心脏是由人类细胞和为患者特制的生物学材料打造而成的。在打印过程中,这些生物学材料充当的是一种生物墨水,这些由糖和蛋白质构成的材料能够用于3D打印复杂的组织模型。”

△3D打印的微型心脏模型结构

他补充道:“过去曾经有人成功3D打印过心脏结构,但是并未打印出细胞或者血管。现阶段,我们3D打印的心脏大约只有兔子心脏那般大小。但是我们的研究证实了这种方法在未来工程设计个性化组织和器官替换方面的潜力。工程设计材料的生物相容性对于消除移植排斥的风险是非常关键的,排斥反应会危及心脏移植手术的治疗。理想情况下,这种生物材料应具有与患者自身组织在生物化学等方面具有相同的特征。”

他补充道:“过去曾经有人成功3D打印过心脏结构,但是并未打印出细胞或者血管。现阶段,我们3D打印的心脏大约只有兔子心脏那般大小。但是我们的研究证实了这种方法在未来工程设计个性化组织和器官替换方面的潜力。工程设计材料的生物相容性对于消除移植排斥的风险是非常关键的,排斥反应会危及心脏移植手术的治疗。理想情况下,这种生物材料应具有与患者自身组织在生物化学等方面具有相同的特征。”

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这颗心由人体细胞和患者特异性生物材料制成。在我们的工艺中,这些材料可用作生物油墨,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说。 “过去人们已经设法对心脏结构进行三维打印,但不能用细胞或血管。我们的研究结果证明了我们未来在设计个性化组织和器官替代方法方面的潜力。“

研究人员们认为,这种3D打印的心脏能够在十年内问世。Dvir博士称:“我们必须进一步对打印心脏技术进行探索。细胞需要形成一种泵送能力,它们现在可以收缩,但我们需要它们一起协同合作。我们希望我们能够成功并且证明我们的方法有效、实用。或许10年后,世界上那些最先进的医院将会配备器官打印机,就像例行公事一样完成打印过程。”

在这个阶段,TAU生产的3D打印心脏大小适合兔子。它需要在生物反应器中经历成熟过程以保持细胞存活并使其生长以适应真人大小的心脏。成熟过程需要大约一个月,之后他们将它们移植到动物如兔子和大鼠中进行测试。他们希望这将在一两年内实现。 Dvir说,希望在“10年内,世界上最好的医院将有器官打印机,这些程序将定期进行。”

研究人员们认为,这种3D打印的心脏能够在十年内问世。Dvir博士称:“我们必须进一步对打印心脏技术进行探索。细胞需要形成一种泵送能力,它们现在可以收缩,但我们需要它们一起协同合作。我们希望我们能够成功并且证明我们的方法有效、实用。或许10年后,世界上那些最先进的医院将会配备器官打印机,就像例行公事一样完成打印过程。”

编译自:3ders

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