Advanced Science: 用患者自体细胞3D打印的心脏

特拉维夫大学的研究人员使用患者自己的细胞和生物材料打印了世界上第一个具有3D血管的工程心脏。而直到今天,再生医学方面的科学家只成功打印过没有血管的简单组织。

“这是世界上第一例成功设计和打印的充满细胞、血管、心室和心房的心脏”,负责该项研究的Tal Dvir教授说。

“这颗心脏由人体细胞和患者的特异性生物材料制成。在我们的工艺中,这些由糖和蛋白质组成的材料可作为作为生物墨水,用于3D打印复杂的组织模型”,Dvir教授说,“过去人们已经设法3D打印了心脏的结构,但还不能使用细胞和血管作为材料。我们的研究结果表明,使用这种方法在未来进行组织和器官的个性化替代时具有一定潜力。”

Dvir教授解释道,在这个阶段,3D打印的心脏还很小,跟兔子的心脏一样大,但打印更大的人类心脏所用的技术是相同的。

为了进行研究,他们从患者体内取出脂肪组织进行组织切片,然后分离组织中的细胞和非细胞。当细胞被重编程变为多功能干细胞时,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个性化的水凝胶,用作3D打印的“墨水”。

与水凝胶混合后,细胞被有效地分化为心脏或内皮细胞,以产生具有患者特异性免疫相容性的含有血管的心脏贴片,之后产生整个心脏。根据Dvir教授的说法,使用患者自己身上的材料对于成功制造组织和器官至关重要。

“工程材料的生物相容性对于消除移植体排斥的风险至关重要,这种风险会危及治疗的成功”,Dvir教授说。“理想情况下,生物材料应具有与患者自身组织相同的生化、机械和形貌特征。在此,我们报道了一种简单的3D打印较厚的、血管化并且是可灌注的心脏组织的方法,其与患者的免疫、细胞、生化和解剖学特性完全匹配。”

Dvir教授说,研究人员正计划在实验室中培养打印的心脏,并“教会”他们像正常心脏一样运转。之后他们计划在动物模型中移植3D打印的心脏。

“尽管仍需要大量的研发投入,但我们希望这个概念验证能够推动个性化再生医学向临床应用再迈进一步。”

原文链接:https://www.advancedsciencenews.com/3d-printed-heart-with-patients-own-cells/

研究团队:Tal Dvir教授,Tel Aviv University, George.S Wise Faculty of Life Sciences.

译者:潘奕辰,天津大学化工学院,硕士研究生。

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