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

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據(jù)世界心臟聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，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(guó)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(kāi)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(jí)人體心臟泵。這一發(fā)現(xiàn)可能對(duì)研究心臟病產(chǎn)生重大影響，這項(xiàng)研究發(fā)表在美國(guó)心臟協(xié)會(huì)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(zhǎng)期來(lái)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(guò)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?cè)谝粋�(gè)三維結(jié)構(gòu)，稱為細(xì)胞外基質(zhì)。問(wèn)題是，科學(xué)家永遠(yuǎn)無(wú)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(jiǎn)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(guò)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(shuō)，“因此，憑借我們團(tuán)隊(duì)的專業(yè)知識(shí)，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(gè)月的時(shí)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(dòng)。

明尼蘇達(dá)大學(xué)干細(xì)胞研究所的主任奧格爾回憶說(shuō)：“當(dāng)時(shí)經(jīng)過(guò)多年的研究，我們也曾一度準(zhǔn)備放棄，但是我的兩個(gè)生物醫(yī)學(xué)工程博士，莫莉庫(kù)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(shí)，我簡(jiǎn)直不敢相信，看到整個(gè)“打印物”自發(fā)地、同步地收縮，并且能夠自由地移動(dòng)。”

奧格爾表示，這是心臟研究的一個(gè)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(zhǎng)，然后成功生長(zhǎng)為心肌細(xì)胞。

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

奧格爾說(shuō)：“我們現(xiàn)在有了一個(gè)模型來(lái)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(kāi)始越來(lái)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(gè)簡(jiǎn)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(lái)的研究中，研究人員將會(huì)有更大的收獲。