腦洞開起來：如何3D打印一顆心臟

3D打印心臟，涉及到的是3D打印技術(shù)中難度最高的一個(gè)分支——3D生物打印。不同于普通3D打印使用的PVC塑料或金屬，生物打印使用的材料是人體細(xì)胞和粘合劑。

3D打印心臟有方法了：“革命”尚未成功，同志還需努力

步驟一：對(duì)人體進(jìn)行CT掃描并通過計(jì)算機(jī)軟件分析結(jié)果，建立人體的心臟模型，對(duì)細(xì)胞在每層組織中的位置做詳細(xì)說明。這一步的挑戰(zhàn)在于，迄今為止人類對(duì)于微觀世界的理解一直停留在二維水平。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因部分在于顯微鏡下的標(biāo)本必須在二維條件下進(jìn)行觀察——被放在細(xì)薄的載玻片上，這樣上方或者下方的光線就可以照亮它。即使擁有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和制圖軟件，生物學(xué)家也很難從三維立體角度理解細(xì)胞與組織器官之間的相互聯(lián)系。

步驟二：將模型進(jìn)行分離，分別打印心臟的各個(gè)部件——心臟肌肉、血管、心臟瓣膜和電組織。首先從成年人的骨髓和脂肪中提取干細(xì)胞，通過采用不同的成長(zhǎng)因子，將干細(xì)胞分化成不同類型的其他細(xì)胞；心臟各個(gè)部件分別由不同類型的活細(xì)胞構(gòu)成，生物打印機(jī)通過多個(gè)可以左右、前后、上下移動(dòng)的生物打印頭（bioprint head），根據(jù)模型將相應(yīng)細(xì)胞放在適當(dāng)?shù)奈恢�，直到各個(gè)部件的三維結(jié)構(gòu)完成。成功的再造器官至少由數(shù)十億不同類型的活細(xì)胞構(gòu)成，在實(shí)驗(yàn)室里培植和維持細(xì)胞的生命需要特別的程序和設(shè)備，它們需要營(yíng)養(yǎng)、成長(zhǎng)元素以及其他信息的交流。并且人體細(xì)胞極為“嬌嫩”，確保其在打印過程中成活非常困難，酸度、pH值、養(yǎng)分、二氧化碳等都對(duì)細(xì)胞的活性有很大的影響。

心臟鑄型

步驟三：將打印成型的各部件放入孵化器中進(jìn)行培養(yǎng)，依靠細(xì)胞自身的生物發(fā)育反應(yīng)實(shí)現(xiàn)組合。細(xì)胞依靠天然的自我組織性質(zhì)連接血管，最終組合每個(gè)部件，促成心臟的發(fā)育。這是3D打印心臟的最后一個(gè)步驟，也是最容易失敗的步驟。除去同樣要面臨上一步中維持細(xì)胞生命的挑戰(zhàn)，即使打印出的細(xì)胞成功活了下來并且完成了融合的過程，也并不意味著這顆“心臟”能夠發(fā)揮功效。這種半生物半人工的結(jié)合體面臨的最大技術(shù)挑戰(zhàn)就是使其能夠像正常的人體心臟細(xì)胞一樣完成協(xié)同工作。簡(jiǎn)單的比喻就是：你可以把心臟組織細(xì)胞取出來放在一起，但是要如何把它變成一個(gè)真正的心臟呢？

如果一切順利，某一天你聽到培養(yǎng)皿中傳來的跳動(dòng)聲，那么恭喜你，你創(chuàng)造了歷史。

OK，腦補(bǔ)時(shí)間結(jié)束。

就像人們已經(jīng)掌握了基因圖譜，但是至今也無法合成生命一樣。目前人類生命科學(xué)的發(fā)展，還遠(yuǎn)不足以完成心臟3D打印這一過程。掌握生命的構(gòu)成結(jié)構(gòu)與創(chuàng)造一個(gè)活性機(jī)體之間的距離天差地遠(yuǎn)。人們對(duì)生命的認(rèn)識(shí)還很有限，生命不是細(xì)胞、血管加神經(jīng)就能簡(jiǎn)單復(fù)制的，其中的很多聯(lián)系要比我們想象的復(fù)雜得多。

3D打印器官方面，目前一些醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)有了一些半成功的嘗試，其中大部分功能都不完整，又或者僅僅存活了幾天。以O(shè)rganovo 公司為例，這家公司是全世界生物打印領(lǐng)域的先驅(qū)。他們打印出來的人體肝臟確實(shí)可以工作，但僅僅存活了40天。2014年4月，來自Louisville 大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)成功的打印出心臟瓣膜和小靜脈，不過目前還沒有在人體上實(shí)驗(yàn)過。

如果未來的某一天，3D打印器官成為現(xiàn)實(shí)，將會(huì)是多少重疾患者的福音。讓我們懷抱這樣的愿景，對(duì)科技的發(fā)展多一點(diǎn)信心。
信息來源：登碩電氣