3D打印“心脏”体外存活超6个月 心肌组织带有规律性搏动

该组织上面的细胞存活率和人工操作相同，都有98%。

这一成果让 人造复杂器官之路又更近一步。

如何打造？

在了解这颗心脏具体如何打印出来之前，我们需要知道，最有希望帮助人类实现体外制造器官的 生物3D打印技术，有两大局限：

一是 只能逐层打印，也就没法让细胞和血管网络进行融合，从而导致细胞缺少营养而没法长期存活；

二是在墨水中添加的 固定细胞的材料，也会影响细胞功能和存活时间。

为此，本次研究中，科学家们抛弃传统的3D打印机，用六轴机器人改造了一个可以360度自由转动的全新工具，对细胞进行全方位打印。

与传统的笛卡尔生物打印机和电磁式细胞喷射打印机相比，这种机器人打印机还 不会对细胞造成机械损伤。

在此之上，科学家还设计出了一种 油浴打印方法，可以让打印出来的细胞在矿物油的疏水作用力下，不受重力影响，从而稳定粘附在生物支架的任意表面，并与周边细胞紧密连接。

为了遵从组织器官发育的规律，机器人在血管支架上打印出几层细胞后，会先让两者进行 培养，形成胞间连接和新生毛细血管后，再打印新的细胞。

如此循环，就能在心脏内形成与体内器官类似的血管网络，从而支持组织的长期存活。

在具体实践中，实验人员用两台六轴机器人在血管支架上进行 血管内皮细胞和心肌细胞的打印。

墨水的侧视图和俯视图如下：

最终，打印出的完整内皮层，可在生血管因子的辅助下生长出新血管和毛细血管网络；打印的心肌细胞也能在很快形成间隙连接，维持6个月的规律性搏动。

下图为打印完成后 第4天在支架表面形成的一个组织良好的hEC-hCM细胞层结构。

以及打印细胞分化后第30天和 第180天检测到的心肌细胞 （α-Actinin）和内皮细胞 （VE-cadherin）结构。

关于作者

此项研究成果一共出自3个团队，分别是：

中国科学院 遗传与发育生物学研究所研究员王秀杰团队

英国曼彻斯特大学 教授王昌凌团队

以及 清华大学 教授刘永进团队

共同一作有4位，分别是王秀杰指导的博士生张泽宇和史庆庆、王昌凌团队的戴澄恺博士以及刘永进团队的吴陈铭博士。

该成果目前发表在Bioactive Materials （《生物活性材料》）。

One More Thing

3D打印出来的器官，可以用作术前规划和手术间接导航；部分简单结构的比如下颌骨、颅骨、脊柱、骨盆等已用上临床。

2019年， 以色列特拉维夫大学就利用病人自身的脂肪等组织打印出了 人类首个具有细胞、血管、心室和心房的完整心脏。

不过它是个微缩版，大小只相当于兔子的心脏。

该心脏的细胞可以出现收缩现象，但是还不能泵血。

很快，2020年的时候，美国明尼苏达大学打印出来了能够进行 泵血功能的3D心脏。