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重大突破!全球首例3D細胞列印心臟問世!或拯救數百萬人!


中華醫藥保健康試想一下,你身上的某個器官或者組織出現了狀況,你正擔心能否找到稀缺的捐獻器官,這時候,醫院用D印表機列印出了一個全新的器官移植...

- 2019年4月17日08時32分
- 科學文摘 / 中華醫藥保健康

中華醫藥保健康

試想一下,你身上的某個器官或者組織出現了狀況,你正擔心能否找到稀缺的捐獻器官,這時候,醫院用3D印表機 列印出了一個全新的器官移植到你體內,就像換掉一個機器上的老舊零件一樣簡單

以色列特拉維夫大學研究人員15日宣布,他們成功以病人自身的組織為原材料,3D列印出全球首顆擁有細胞、血管、心室和心房的「完整」心臟,這在全球尚屬首例。不過,目前製作出的3D心臟雖可以收縮,但尚未具備泵血等功能,還需進一步培養。


研究人員當天在以色列中部城市特拉維夫舉行發布會,展示了這顆櫻桃大小的3D心臟,並表示這是一項「重大醫學突破」,為未來列印可用於移植的心臟提供了可能。

重大醫學突破:

這顆「心」很完整:細胞、血管、心室和心房,一樣都不少!

研究項目負責人、特拉維夫大學教授塔勒·德維爾說,過去研究人員只成功3D列印出沒有血管的「簡單」心臟,而他們此次藉助病人自身的組織和血管,3D列印出了擁有細胞、血管、心室和心房的「完整」心臟。

量身定做:

原材料來自人體組織:可解決供體短缺和排異反應的問題


由於3D心臟的組織和細胞來自病人自身,移植後有望顯著降低受體排異反應。

德維爾表示,使用患者自身組織作為「原材料」,「患者將不再需要一直等待或服用藥物來防止排異反應。相反,這項技術能將患者所需的器官列印出來,且能為病人量身定做。」

另一方面,這一研究給心力衰竭患者帶來「福音」。根據世界衛生組織的數據,心血管疾病是全球導致死亡的重要原因。而目前對於病情嚴重的病人來說,器官移植是唯一的選擇。但由於捐贈者數量有限,不少患者在等待中死亡。如今,3D列印技術可能會在醫學界開闢出一條新道路,為未來的器官移植鋪平道路。

德維爾說,希望在未來十年內,全球最好的醫院都擁有人體器官3D印表機,能夠常規地為患者列印器官進行移植手術。他也表示,醫院可能會從比心臟更簡單的器官開始。

列印過程:

列印耗時約3小時:藉助基因改造技術,製成「生物墨水」進行列印

德維爾告訴記者,這顆3D心臟是模擬人的心臟結構列印出來的。這顆心臟雖然長度只有2.5厘米,大小與一顆兔子心臟相仿,但它擁有完整的細胞、血管和心腔。

研究人員介紹,他們首先從一名病人體內提取脂肪組織,分離出細胞和細胞外基質,再藉助基因改造技術將細胞轉變成幹細胞,讓這些幹細胞分化成心肌細胞和促血管生成的細胞,然後將這些細胞與細胞外基質加工成的水凝膠混合,製成「生物墨水」,最終裝入3D印表機進行列印。

當天展示的3D心臟,列印耗時約3個小時,大小約是人類心臟的百分之一。德維爾說,列印與人類心臟大小相當的心臟所需技術基本相同。

後續研究:

讓它成為「真正的心臟」:一年後將移植到動物體內進行測試

不過,目前這顆心臟並不能「正常工作」。德維爾表示,「當前,細胞可以收縮,但不具備泵血能力。」其它技術難題還包括如何製造與人體心臟同樣大小的心臟,如何列印全部細小的血管。

在現階段,特拉維夫大學研發的3D列印心臟的大小僅適合兔子。研究人員說,他們接下來將在實驗室培養3D心臟,「教會」這些人造心臟如何像真正的心臟一樣「工作」,希望大約一年後把列印心臟移植到動物體內進行測試。

專家解讀:

用3D列印「真心」,還有很長的路

以色列研究人員的這個突破引起了全世界的關注。等以後這種3D生物列印技術成熟了,是不是想打什麼器官就可以打什麼器官?心肺衰竭的患者不用再苦苦等供體?甚至,哪樣器官老化了,不等衰竭就能打一個出來重新換上?

南醫大二附院副院長、心血管病中心主任李慶國告訴記者,這顆小心臟確實是3D列印生物工程在心臟方面的一個突破。

李慶國告訴記者,目前臨床上使用較多的3D列印,主要是基於醫學影像來還原患者心臟、骨骼等病變器官的樣子,使原本平面的醫學檢查立體化,讓病人和醫生更為直觀地觀察與溝通,並根據模型反映的實際情況量身定做手術方案,保證手術精度。這其實是比較簡單的技術。

真正3D列印出器官,包括器官的再生、再造,都是醫療前沿關注的問題,近年來全世界不少科研機構也不斷有好消息傳出來,但仍然有生物數據處理、生物材料的選擇、列印設備研發、列印後活體組織存活等很多技術性的難題。

採用自體組織「列印」器官後植入人體,最大的好處是解決了供體短缺和排異的問題。李慶國表示,這次3D列印出了一顆完整的心臟,是一個突破,但也只是開了個頭。

目前這顆「心」太小了,有結構而沒有功能,還沒辦法承擔起心臟的責任。以後即使列印出了和正常心臟一樣大的人工心臟,還需要一系列嚴謹的實驗來證明其安全性,人類離使用「人造器官」,還有很長一段路要走。伴隨人造器官而來的倫理問題,也需要進一步被討論。

3D列印活體器官需要克服三個挑戰

1、需要解決列印過程中細胞能否存活、能否發育、能否變異甚至腫瘤化的問題。


2、3D生物印表機必須滿足生物仿生對製造精度、準確性的極高要求。

3、組織及器官是由多材料及多細胞組成的非均質體系,對製造學要求也極高。

3D列印醫學史:

在特拉維夫大學的研究之前,3D列印技術已經多次應用於醫學領域,不過基本是以列印骨骼和模型為主。

2014年,中國西安的京西醫院,採用3D列印技術列印顱骨,幫助一名半邊顱骨受傷凹陷的農民重建了半個頭蓋骨。

同樣在2014年,北京大學研究團隊使用3D列印技術製作了一根脊椎,並成功地植入一名12歲男孩體內,這屬全球首例。

2015年,日本筑波大學的團隊曾宣布,已研發出用3D印表機低價製作可以看清血管等內部結構的肝臟立體模型,不過這些內臟器官模型主要用於研究,且由於價格高昂,在臨床上沒有得到普及。

2006年,3D生物列印研究重鎮美國韋克福雷斯特大學團隊,曾在成功利用細胞擴增技術在體外培植膀胱。該年2月,研究團隊利用新開發的3D生物列印系統列印出人造耳朵、骨頭和肌肉組織,移植到動物身上後都能保持活性。

2016年底,四川大學華西醫院研究團隊還利用取自恆河猴自體的脂肪間充質幹細胞製備成3D生物列印墨汁,應用自主研發的3D生物血管列印設備構建出具有生物活性的人工血管,並將其置換恆河猴體內一段腹主動脈,實現血管再生。

展望:

在英國,心血管疾病占到人們死亡原因的26%,而且等待心臟手術的患者也特別多。這一醫學突破將能夠減少患者們的手術等待時間,而且能夠拯救全世界數百萬條生命,因為患者們不再需要等待心臟捐贈者的出現。不僅如此,與傳統的器官移植相比,3D列印的這些細胞來自患者自身,這樣就會使排異反應和併發症的風險降到最低。

研究人員表示,或許10年後,醫院將逐漸開始配備器官印表機,按需要完成器官列印過程。接下來他們會進一步對列印心臟技術進行探索,讓這些細胞像人類心臟一樣收縮,與其它器官協同合作。

筆者見解:

當3D列印器官和組織變得更加成熟時,廣泛應用於人體組織,那麼以後某些人將永遠活著。這些人只需花錢3D列印出新器官替代問題器官就能讓自己再次復活,到那個時候,或許世界上再無癌症和難以治癒的疾病,這對於健康來說是件好事,但前提是你可能要有資本去實現手術。所以最終的結果或許是某些人永遠掌握著世界,而他們或許會得到永生。聽到這裡,不知道占世界人口絕大部分的非富人會作何感想呢?《無間道》主題曲有一句歌詞說的很好:「誰能改變人生的長度,誰知道永恆有多麼恐怖!」

☛☛☛如果有需要,您會給自己更換一顆3D列印心臟嗎?請在留言區評論。


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