南极熊专题：3D打印心脏离植入人体越来越近了

3D打印心脏可谓是万众瞩目的热门话题，因为这与每个人都息息相关，南极熊也时刻关注着这项技术的最新进展。近几年，虽然3D打印的心脏还未实现移植到人体内，但也取得了不错的进展，本文南极熊将会带您去了解3D打印心脏的最新前沿。

2019年8月1日，外媒报道，宾夕法尼亚州卡内基梅隆大学（CMU）的科学家们利用3D生物打印机，成功地用胶原蛋白制造出可正常工作的心脏组织。他们说，这项突破性技术有朝一日可以制造出完整的器官。

△采用胶原蛋白和FRESH技术3D打印的心脏瓣膜

他们将这项研究成果发表在“科学”杂志上，其中最重要的是他们开发了一种新的悬浮水凝胶自由可逆嵌入（Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels，FRESH）技术，可以3D打印胶原蛋白，用于小血管，瓣膜和心室搏动。

科学家们提出了一种3D生物打印胶原蛋白的方法，使用悬浮水凝胶（FRESH）的自由形式可逆嵌入来设计从毛细血管到整个器官的各种尺度的人类心脏组件。控制pH驱动的凝胶化可以实现20微米的分辨率，多孔微结构能够快速细胞浸润和微血管化，以及制造和灌注多尺度脉管系统和三叶瓣膜。他们发现FRESH 3D生物打印的心脏准确地再现了由微型计算机断层扫描确定的患者特异性解剖结构。

据悉，他们采用的这种方法，以迄今所能达到的最高精度，使用人体内最丰富的蛋白，复制出了复杂的人体生物支架。随后，这些结构可以嵌入活体细胞和毛细血管，其精细度可达20微米，远远高于大多数用于制造塑料结构的3D打印机。

论文作者之一、美国卡内基-梅隆大学生物医学工程教授亚当·范伯格对法新社记者说：“我们已经证明，我们可以用胶原蛋白打印出心脏瓣膜。”

范伯格说：“虽然我们还没有把它置入动物体内，但我们建造了一个模拟人体压力和流速的测试台，并且我们证明，它被放入后能正常工作。”

报道称，该研究小组使用磁共振成像技术对人类心脏进行扫描，来复制患者的特定心脏部位，他们已取得了心跳同步和瓣膜开闭等成果。

△使用FRESH v2.0版技术进行胶原蛋白的高分辨率3D生物打印

△可灌注胶原血管和微孔胶原支架的FRESH 3D生物打印，促进体内微血管化。

从长远来看，这项技术将来有可能被用于打印心脏或其他器官。美国有4000人正在等待心脏移植，而且全世界还有数百万人需要进行心脏移植。

报道认为，实现这一目标面临的挑战包括，生成生物打印大型组织所需的数十亿个细胞，达到制造规模并遵守监管程序，以便在动物以及最终在人类身上进行试验。

△收缩性FRESH 3D生物打印的人心室模型

在动物试验中，研究团队将3D打印对象植入小鼠皮下，结果显示其能够生成完整的血管网。

研究团队还通过这一技术打印出了具有收缩能力的左心室和能够承载生理压力的三尖瓣，这表明胶原结构在人体中的机械完整性。他们通过灌注，验证了血管网的畅通性。最后研究团队打印出新生儿比例的人体心脏胶原模型，由此证明 FRESH打印技术实现“大型”结构能力。