一个雄心勃勃的 3D 打印心脏项目旨在使患者在十年内有可能获得天然器官替代品。但领导这项“登月计划”的研究人员也认为，3D 打印技术必须利用生物学的自组织能力才能完成这项工作。
用病人自身的脂肪干细胞培育 3D 打印心脏的想法来自肯塔基州路易斯维尔心血管创新研究所的执行和科学主任斯图尔特·威廉姆斯。他的实验室已经开始开发下一代定制3D 打印机，旨在打印出包含所有部分（心肌、血管、心脏瓣膜和电组织）的完整心脏。
“我们可以打印心脏的各个组件，但我们正在制造下一代打印机，从头开始构建心脏，”威廉姆斯说。
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对于致力于在再生医学领域创造 3D 打印器官的研究人员来说，心脏代表着最雄心勃勃的目标之一。3D 打印通过逐层铺设活细胞来构建人体组织的能力，已经使研究人员能够创建诸如肝脏和肾脏等小块器官——通常使用从脂肪或骨髓中提取的干细胞作为来源材料。
威廉姆斯和心血管创新研究所首先使用 3D 打印来创建他们认为“生物人造”心脏的各个部分。这种零敲碎打的方法最终可能使研究人员在一周内打印并拼凑出一个功能齐全的心脏。
“我退后一步看了看我的同事，说，‘我们为什么不把它像大型飞机一样建造呢？’”威廉姆斯告诉 LiveScience。“将器官分成独立的组件，找出制造组件的最佳方法，然后将它们组装在一起。”
但是，构建全尺寸器官还需要研究人员以一种包含保持器官健康的微小血管复杂网络的方式打印人体组织。威廉姆斯认为 3D 打印是制造较小血管的理想方法——他和他的同事已经使用非 3D 打印的方法为手术中的移植用途建造了较大的血管。
尽管如此，当 3D 打印机在最微小的尺度上工作时，它们所能完成的生物工程也仅限于此。威廉姆斯解释说，最好的打印机可能只能打印出毫米大小的结构，而最小的血管宽度只有几微米，其中 1 毫米等于 1,000 微米。
这就是为什么 3D 打印可能只能让研究人员在实现创建完整心脏的目标过程中走完一部分的原因。相反，研究人员必须依靠细胞的天然自组织倾向来将血管编织在一起，并最终连接 3D 打印器官内的所有物质——这一过程可能在 24 小时内完成。
“我们将打印出几十微米或更像几百微米的东西，然后细胞将进行其生物发育反应，以便正确地自组织，”威廉姆斯说。
大多数研究人员预计，在未来 10 年甚至 15 年内，全尺寸的3D 打印器官不会成为现实，但心血管创新研究所仍在继续推进其在十年内构建 3D 打印心脏的目标。威廉姆斯预计，下一代“生物打印机”将于 12 月开始推出。
您可以在 Twitter 上关注 Jeremy Hsu @jeremyhsu。 最初的文章发表于 LiveScience。
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