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3D打印一顆心臟，有“血”（毛細血管網絡）有“肉”（心肌細胞），有規律搏動，還能在體外存活高達6個月？

沒錯，這就是來自中科院等機構的最新研究成果。

研究人員利用六軸機器人改造而成的新型生物打印機和特殊的細胞打印方法，突破了傳統3D打印的平層局限，在復雜血管支架上打印出了具有正常細胞周期和功能的心肌組織。

該組織上面的細胞存活率和人工操作相同，都有98%。

這一成果讓人造復雜器官之路又更近一步。

如何打造？

在了解這顆心臟具體如何打印出來之前，我們需要知道，最有希望幫助人類實現體外制造器官的生物3D打印技術，有兩大局限：

一是只能逐層打印，也就沒法讓細胞和血管網絡進行融合，從而導致細胞缺少營養而沒法長期存活；

二是在墨水中添加的固定細胞的材料，也會影響細胞功能和存活時間。

為此，本次研究中，科學家們拋棄傳統的3D打印機，用六軸機器人改造了一個可以360度自由轉動的全新工具，對細胞進行全方位打印。

與傳統的笛卡爾生物打印機和電磁式細胞噴射打印機相比，這種機器人打印機還不會對細胞造成機械損傷。

在此之上，科學家還設計出了一種油浴打印方法，可以讓打印出來的細胞在礦物油的疏水作用力下，不受重力影響，從而穩定粘附在生物支架的任意表面，并與周邊細胞緊密連接。

為了遵從組織器官發育的規律，機器人在血管支架上打印出幾層細胞后，會先讓兩者進行培養，形成胞間連接和新生毛細血管后，再打印新的細胞。

如此循環，就能在心臟內形成與體內器官類似的血管網絡，從而支持組織的長期存活。

在具體實踐中，實驗人員用兩臺六軸機器人在血管支架上進行血管內皮細胞和心肌細胞的打印。

墨水的側視圖和俯視圖如下：

最終，打印出的完整內皮層，可在生血管因子的輔助下生長出新血管和毛細血管網絡；打印的心肌細胞也能在很快形成間隙連接，維持6個月的規律性搏動。

下圖為打印完成后第4天在支架表面形成的一個組織良好的hEC-hCM細胞層結構。

以及打印細胞分化后第30天和第180天檢測到的心肌細胞（α-Actinin）和內皮細胞（VE-cadherin）結構。

關于作者

此項研究成果一共出自3個團隊，分別是：

• 中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員王秀杰團隊
• 英國曼徹斯特大學教授王昌凌團隊
• 以及清華大學教授劉永進團隊

共同一作有4位，分別是王秀杰指導的博士生張澤宇和史慶慶、王昌凌團隊的戴澄愷博士以及劉永進團隊的吳陳銘博士。

該成果目前發表在Bioactive Materials（《生物活性材料》）。

One More Thing

3D打印出來的器官，可以用作術前規劃和手術間接導航；部分簡單結構的比如下頜骨、顱骨、脊柱、骨盆等已用上臨床。

2019年，以色列特拉維夫大學就利用病人自身的脂肪等組織打印出了人類首個具有細胞、血管、心室和心房的完整心臟。

不過它是個微縮版，大小只相當于兔子的心臟。

該心臟的細胞可以出現收縮現象，但是還不能泵血。

很快，2020年的時候，美國明尼蘇達大學打印出來了能夠進行泵血功能的3D心臟。

論文地址：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X22000743?via%3Dihub=