第一个3D工程血管化人类心脏生物打印

特拉维夫大学(TAU)的科学家们使用患者自己的细胞和生物材料印制了世界上第一个3D血管化工程心脏。他们的研究结果出现在“ 高级科学 ”中(“ 打印个性化厚和可灌输的心脏补片和心脏 ”) 。

“与患者完全匹配的厚血管组织的产生仍然是心脏组织工程中未得到满足的挑战。在这里，报道了一种简单的3D打印厚，血管化和可灌注的心脏补片的方法，其完全匹配患者的免疫学，细胞，生物化学和解剖学特性。为此，从患者身上取出网膜组织的活组织检查。当细胞被重编程为多能干细胞，并分化为心肌细胞和内皮细胞时，细胞外基质被加工成个性化的水凝胶。接下来，两种细胞类型分别与水凝胶结合，形成实质心脏组织和血管的生物，“研究者写道。

“证明了根据患者的解剖结构打印功能性血管化贴片的能力。通过氧转移的数学建模进一步改善血管结构。在体外研究贴剂的结构和功能，并在移植后评估心肌细胞形态，揭示具有大量肌动蛋白条纹的拉长的心肌细胞。最后，作为概念的证明，印有具有自然建筑的细胞化人类心脏。这些结果证明了该方法在设计个性化组织和器官方面的潜力，或在适当的解剖结构和患者特异性生化微环境中进行药物筛选的潜力。“

“这是任何地方第一次成功地设计和印刷了一个充满细胞，血管，心室和腔室的整个心脏，”TAU分子细胞生物学和生物技术学院材料系教授Tal Dvir博士说。科学与工程，纳米科学和纳米技术中心和佐罗尔再生生物技术中心，领导该研究的研究。

“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链，由糖和蛋白质制成的物质，可用于复杂组织模型的3D打印。过去人们已经设法对心脏结构进行3D打印，但不能用细胞或血管进行3D打印。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。

在这个阶段，我们的3D心脏很小，是兔子心脏的大小。“但更大的人类心灵需要相同的技术。”

对于该研究，从患者中取出脂肪组织的活组织检查。然后分离组织的细胞和α-细胞材料。当细胞被重编程为多能干细胞时，细胞外基质(ECM)，一种细胞外大分子如胶原蛋白和糖蛋白的三维网络，被加工成一个个性化的水凝胶，用作印刷油墨。

在与水凝胶混合后，将细胞分化成心脏或内皮细胞，以产生患有血管的患者特异性，免疫相容的心脏贴片，并随后产生整个心脏。

根据Dvir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的风险至关重要，这会危及这种治疗的成功，”Dvir说。“理想情况下，生物材料应具有与患者自身组织相同的生化，机械和地形特征。在这里，我们可以报告一种简单的方法来处理3D打印的厚，血管化和可灌注的心脏组织，这些组织完全符合患者的免疫，细胞，生物化学和解剖学特性。“

Dvir指出，研究人员现在正计划在实验室中培养印刷的心脏，并“教他们像心一样”。然后他们计划在动物模型中移植3D打印的心脏。

“我们需要进一步发展印刷的心脏，”他继续道。“细胞需要形成抽水能力; 他们目前可以签约，但我们需要他们一起工作。我们希望我们能够成功并证明我们方法的功效和实用性。

“也许，十年后，世界上最好的医院将会有器官打印机，这些程序将定期进行。”