根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）公布的數(shù)據(jù)，每年因為心血管疾病致死數(shù)高達1790萬，成為全球范圍內(nèi)致死的首要原因。通常，心臟移植是治療晚期心臟病患者的一項重要選擇。但根據(jù)世衛(wèi)組織捐贈與移植觀察報告披露，每年在全球范圍內(nèi)，只開展約3500例心臟移植手術(shù)。因此，緩解心臟移植手術(shù)難以開展的難題，需要保證重要器官的可持續(xù)供給。

生物墨水巧破不可能的任務

在過去的一年中，美國明尼蘇達大學與以色列特拉維夫大學（TAU）等學術(shù)機構(gòu)，相繼開發(fā)成功可用于3D打印功能齊全的人體心臟的生物墨水。借助于成功開發(fā)的生物墨水，能夠促進細胞活力，使誘導的多能干細胞增殖并隨后分化為心肌細胞，實現(xiàn)心臟細胞所需的臨界細胞密度，使其像正常心臟一樣有節(jié)律跳動。這一突破，之前幾乎一直被視為不可能的任務。

BioLife4D是美國第一家成功采用3D生物打印出具有心臟完整結(jié)構(gòu)的微型心臟的美國公司。3D打印技術(shù)原創(chuàng)機構(gòu)3D Systems公司，最近與非營利組織OpHeart合作，計劃為兒科心臟外科醫(yī)生提供3D打印工具，幫助這些醫(yī)生更好地準備和演練復雜手術(shù)。重要組織與器官的3D打印，將在緩解器官短缺方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。在完全解決3D生物打印的復雜問題與物流問題之后，3D打印心臟能夠成為解決全球心臟健康問題的一個方案。

最終落實，尚需十年

3D打印心臟最終付諸于運用，需要付出艱辛努力，可能還需要長達10年之久，有幾方面原因。首先，目前的3D打印心臟的大小，更接近兔心，而不是人體心臟大小。因此，目前的3D打印心臟大小可能存在問題，尤其是考慮到經(jīng)常與心血管疾病共患的肥胖癥。但2006年美國心律學會（Heart Rhythm Society，HRS）的一份出版物認為，“考慮到折返（reentry）波長，決定室顫（異常心律）模式的不是心臟大小本身，而是心臟的有效大小?！边@份出版物同時表示，盡管人類心臟的重量最大，但其有效尺寸相對較小，與兔心的有效尺寸最為接近。

其次，人體心臟的復雜程度僅次于大腦。除了心臟本身的復雜性外，3D打印心臟的移植也錯綜復雜。目前特拉維夫大學采用的自體移植方法包括三個重要步驟：首先從患者身上獲取脂肪組織活組織；第二，將細胞重編程為多能干細胞，并使其分化為心肌細胞與內(nèi)皮細胞，之后將細胞外基質(zhì)加工成個體化的水凝膠；第三，將兩種類型的細胞類型分別與水凝膠結(jié)合，形成心肌細胞與血管的生物墨水。為了確保最佳療效與安全性，這些過程需要小心翼翼地安排時間，但持續(xù)的COVID-19大流行可能會使其難以為續(xù)。此外自體移植后的復發(fā)率，往往高于異體手術(shù)后的復發(fā)率，但治療相關(guān)死亡率較低。

第三，很難打印出一個可以具備收縮與泵血雙重功能的3D心臟，這個難題由來已久。血管化是生物工程組織成功植入的關(guān)鍵因素。體積超過幾毫米的組織無法通過養(yǎng)分擴散而存活，需要形成新的血液毛細血管來供應必要的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)。借助于前述生物墨水的突破，能夠?qū)崿F(xiàn)心臟細胞所需的臨界細胞密度，使其像正常心臟一樣有節(jié)律跳動。然而，3D打印人類心臟的長期臨床持久性還有待觀察，具體的臨床使用環(huán)境，并非高度受控的實驗室環(huán)境，因此，臨床使用的持久性有待觀察。

最后，3D打印心臟的生物材料來源很重要。許多生物墨水的來源為動物材料或合成材料。目前的3D生物打印心臟，例如BioLife4D的生物打印心臟，在很大程度上依賴于自體方法。在這種方法中，利用從患者身上獲得的專門的心臟細胞與營養(yǎng)物質(zhì)和其它材料相結(jié)合開發(fā)生物墨水，能夠優(yōu)化細胞的存活率，適應生物打印過程?？偛课挥谝陨械脑偕c整形醫(yī)學公司CollPlant Biotechnology表示，這家公司基于植物的重組人膠原蛋白（rhCollagen）平臺，是組織再生的金標準支架，原因在于與人體產(chǎn)生的1型膠原蛋白相同。CollPlant公司的生物墨水還具備幾個優(yōu)點，包括改善生物功能。最近與3D Systems和United Therapeutics的戰(zhàn)略合作似乎證實了這些說法，這些合作最初都集中于在肺部再生醫(yī)學領(lǐng)域，具備了繼續(xù)探索心臟與其它重要器官3D生物打印的潛力。

前路漫漫，樂見其成

3D打印人體心臟顯示出巨大前景。然而，這項技術(shù)的可擴展性需要現(xiàn)成可用、可持續(xù)的生物墨水來源，以確保經(jīng)濟發(fā)達國家和發(fā)展中國家的亟需者的可及性?？赡苄枰辽?0年的時間，才能在先進的醫(yī)院中配備使用心臟打印機；之后再投入10年的時間，成為供醫(yī)院使用的常規(guī)流程?？紤]到心血管疾病的嚴重性，大家有必要保持樂觀，最終能夠解決3D打印心臟的臨床與經(jīng)濟復雜性。(生物谷Bioon.com）

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