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4年——3D打印由假想到跳动的心脏

初的设想,要制造一个具有完全生物属性的心脏需要10年。不过从当前业界已取得的成就来看,这一假想有望在更短的时间内变为现实。前路依然漫漫,但是伴随着愈发有力的心跳声,3D打印心脏研究终会拥抱一个光明的未来。

3D打印四年心路历程:由假想到跳动的心脏



近日,一串心脏跳动声自瑞士苏黎世联邦理工学院的功能材料实验室中传出,震撼了整个医学界,因为这声音来自于一颗用3D打印技术制成的硅胶心脏。尽管这颗人造心脏只保持了半个多小时的搏动,跳了3000下,但已足够成为医学史上的一座里程碑。它是生物3D打印技术飞速发展结出的硕果,标志着人类朝着制造可移植3D打印心脏的梦想又迈出一大步。
从一个假想到如今这颗跳动的心脏,3D打印的心路历程只走过了短短4年。按照科学家们最初的设想,要制造一个具有完全生物属性的心脏需要10年。不过从当前业界已取得的成就来看,这一假想有望在更短的时间内变为现实。下面让我们来回顾一下这四年心路中的关键节点,看看3D打印这一路是怎样走来的。



2013年,美国儿科心脏病专家劳拉‧奥利弗瑞(Laura Olivieri)说:“在制造人类器官组织时,需要三台3D打印机同时配合,通过这些设备打印出各种器官组织层,并使其转换成不同的成分。”据悉,这套生物3D技术耗资约25万美元。同时美国肯塔基州心血管创新研究所的开发团队提出:“我们认为我们在10年内就能做到这一点——用患者自身的细胞制造一个具有完全生物属性的心脏。”为此,他们开发出专门的3D打印机,用于制造心脏瓣膜、冠状血管、微循环,收缩细胞等心脏必备部件。



2014年,据美国“雅虎新闻网”4月9日报道,美国路易斯维尔大学的科学家已经用3d打印的方式打印出人类心脏瓣膜以及小血管。实验证明,这些小血管在老鼠等小动物身上可以正常工作。研究团队计划在3~5年内打印出心脏的各个部件,然后手工把它们组合在一起。这一项目最终目标是用人体的自身细胞打印出一个完整的、能用于移植的心脏。它不会产生排异现象。如果一切能按计划进行,这种生物打印心脏有望在10年内进入人体试验阶段。打印用的细胞取自病人的脂肪。这些细胞需要经过仪器净化,再与凝胶混合后放入打印机的“墨盒”中,按事先设定的形状打印。最终,这些细胞会长在一起,形成组织。同时哈佛大学也开始发力3D打印心脏。不过,他们最初的切入点并非整个心脏,而是先从为心脏“打补丁”开始。研究人员使用人类弹性蛋白原研制了一系列凝胶,用于制造微型组织支架。这些支架能够诱导细胞按照研究人员希望的方式生长。其结果是能够让心肌胞整齐地排列在这些弹性基地的凹槽中并按同步的节拍跳动。



2015年,美国浸信会再生医学研究所使用高度专业化的3D打印机制造出具有类似功能和形状的心脏细胞。研究人员给这些细胞一个特殊的介质,并使它们的温度保持在与人体相同的水平,这使它们开始了跳动。

2016年,澳大利亚墨尔本大学的医生和工程师合作开发出了一种3D打印动脉,他们通过3D图像和3D打印,重建病患的心脏动脉,以期实现个性化心脏病救治。通过精确度极高的3D打印心脏动脉,医生可以制作定制化支架,安装在病患被堵塞或者崩塌的动脉中,促进血液循环。

今年4月,美国明尼苏达大学的研究人员创建了一个革命性的的生物3D打印补丁,可以帮助治愈心脏病发作后的瘢痕性心脏组织。该发现是治疗心脏病发作后组织损伤患者的一大进步。目前该补丁已在小鼠身上试验成功,下一步将放到大小与人心脏相似的猪心脏上进行测试。


月14日,瑞士苏黎世联邦理工学院用硅胶3D打印出了心脏的高级副本,它几乎像真实心脏一样跳动了三千次。该研究项目表明,使用软材料创建功能性人造心脏或其他心血管装置具有可行性。

尽管可跳动的硅胶3D打印心脏极大地振奋了医学界,但目前还无人确切知道可移植的3D打印心脏何时能够成为现实。即使运用硅胶制成的3D打印心脏具有真实心脏的所有功能,但它仍存在不少局限性。一方面,部分患者可能对硅胶产生排异反应;另一方面,人们可能会对这种人造器官的植入产生心理上的反感。3D打印心脏的最终发展方向仍是以患者自身细胞培育出的生物组织为材料进行制造,这样的成品会从生理和心理两方面减少患者的排斥。


前路依然漫漫,但是伴随着愈发有力的心跳声,3D打印心脏研究终会拥抱一个光明的未来。

              

                                                                                                 材料来源:中国智能制造网


发布时间:2017-09-18 11:09:37
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