研究人員使用干細(xì)胞3D打印心臟,，新的技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)超普通人的理解

來源：資訊看板

據(jù)世界心臟聯(lián)盟統(tǒng)計，在全世界范圍內(nèi),，每死亡3人,，就有1人的死因是心血管病癥。每年,，心血管疾病死亡人數(shù)占全球死亡總?cè)藬?shù)的29%,，中國心血管病患者2.9億，每5例死亡者中有2例死于心血管病,。

在一項(xiàng)開創(chuàng)性的新研究中,，明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員在實(shí)驗(yàn)室使用干細(xì)胞，打印出了一種功能良好的厘米級人體心臟泵,。這一發(fā)現(xiàn)可能對研究心臟病產(chǎn)生重大影響,，這項(xiàng)研究發(fā)表在美國心臟協(xié)會的出版物《流通研究》中。

短期內(nèi),，這項(xiàng)研究可以幫助研究人員更好的了解心臟的功能機(jī)制,，幫助尋找應(yīng)用心臟疾病的藥物或手術(shù)方法；長期來看,，隨著干細(xì)胞再生醫(yī)學(xué)的完善,，研究人員甚至能使用干細(xì)胞打印出合適的人類心臟，替換原本損傷的心臟,。

過去,，研究人員也曾嘗試用3D打印心肌細(xì)胞，使用的是人體多能干細(xì)胞（多能干細(xì)胞是指有潛力發(fā)展成體內(nèi)任何類型細(xì)胞的細(xì)胞）,。研究人員將這些干細(xì)胞重新編程為心肌細(xì)胞,，然后使用專門的3D打印機(jī)打印他們在一個三維結(jié)構(gòu)，稱為細(xì)胞外基質(zhì),。問題是,，科學(xué)家永遠(yuǎn)無法達(dá)到心肌細(xì)胞真正發(fā)揮作用的臨界細(xì)胞密度。

盡管人類早已掌握了人工培養(yǎng)簡單人體組織的技術(shù),，但想要生產(chǎn)一顆完全匹配患者的免疫學(xué),、細(xì)胞、生物化學(xué)和解剖學(xué)特性的心臟,，還是難上加難,。尤其是在心臟中,，復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)和其上附著的肌肉組織需要嚴(yán)格符合正常心臟解剖結(jié)構(gòu)，才能保證心臟的正常工作,。

而這項(xiàng)新的研究中,，明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員改變了這一過程，并取得了成效,。

“起初,，我們嘗試了3D打印心肌細(xì)胞，結(jié)果失敗了,，”這項(xiàng)研究的首席研究員,、明尼蘇達(dá)大學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系主任布倫達(dá)·奧格爾(BrendaOgle)說，“因此,，憑借我們團(tuán)隊的專業(yè)知識,，潛心研究干細(xì)胞和3D打印技術(shù)，我們決定嘗試一種新的方法,。

我們優(yōu)化了由細(xì)胞外基質(zhì)蛋白制成的專用“油墨”,，將油墨與干細(xì)胞結(jié)合，并利用油墨+干細(xì)胞進(jìn)行三維打印,。干細(xì)胞首先擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)中的高細(xì)胞密度,，然后我們將其分化為心肌細(xì)胞。

研究小組發(fā)現(xiàn),，在不到一個月的時間內(nèi),，他們就能第一次實(shí)現(xiàn)高細(xì)胞密度的目標(biāo)，讓細(xì)胞像人的心臟一樣一起跳動,。

明尼蘇達(dá)大學(xué)干細(xì)胞研究所的主任奧格爾回憶說：“當(dāng)時經(jīng)過多年的研究,，我們也曾一度準(zhǔn)備放棄，但是我的兩個生物醫(yī)學(xué)工程博士,，莫莉庫普弗和林偉漢,，建議我們嘗試先打印干細(xì)胞，我們決定做最后一次嘗試,。當(dāng)我們看著實(shí)驗(yàn)室里的盤子時,，我簡直不敢相信，看到整個“打印物”自發(fā)地,、同步地收縮,，并且能夠自由地移動�,！�

奧格爾表示,，這是心臟研究的一個關(guān)鍵進(jìn)展，因?yàn)檫@項(xiàng)新的研究顯示了他們?nèi)绾文軌蛞砸环N細(xì)胞組織和協(xié)同作用的方式打印出心肌細(xì)胞,。因?yàn)檫@些細(xì)胞是相互分化的,，所以更像干細(xì)胞在體內(nèi)生長，然后成功生長為心肌細(xì)胞,。

這次研究制作的心臟模型長約1.5厘米,，與19年世界首個打印的心臟是不一樣的，這是專為進(jìn)一步研究而設(shè)計的適合于小鼠腹腔的心臟模型,。

奧格爾說：“我們現(xiàn)在有了一個模型來跟蹤和追蹤在心臟結(jié)構(gòu)中細(xì)胞和分子水平上正在發(fā)生的事情,，它開始越來越接近人的心臟。我們可以在模型中引入疾病和損傷,，然后研究藥物和其他療法的效果,。”

使用干細(xì)胞打印心臟似乎是一個簡單的概念,，但如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)是相當(dāng)復(fù)雜的,，現(xiàn)在研究人員看到了其中的潛力，相信接下來的研究中,，研究人員將會有更大的收獲,。