陳根：3D打印，實現人體複雜心臟的打印_風聞

文/陳根

心臟，絕對算得上是人體中結構最複雜、精密的器官之一。心臟是胚胎中首先形成的具有功能的器官，起源於髒壁中胚層（Splanchnic mesoderm）。

心臟結構的複雜性，遠超人們的想象。在預心血管中胚層特化之後，子代在胚胎中線兩側形成雙側心臟形成區。心臟形成區的細胞穿過中線並融合到心臟管，心臟管由心肌層和心內膜兩層細胞組成。之後，心臟管進行成環定位未來的心室結構。**正因如此，**長期以來，雖然科學家成功在體外培養出了多種器官的類器官模型，但卻在心臟類器官上進展緩慢。

現在，來自中科院等機構的研究人員則宣佈，他們利用六軸機器人改造而成的新型生物打印機和特殊的細胞打印方法，突破了傳統3D打印的平層侷限，在複雜血管支架上打印出了具有正常細胞週期和功能的心肌組織。該組織上面的細胞存活率和人工操作相同，都有98%。

過去，對於生物3D打印技術來説，一方面，生物3D打印只能逐層打印，也就沒法讓細胞和血管網絡進行融合，從而導致細胞缺少營養而沒法長期存活；另一方面，在墨水中添加的固定細胞的材料，也會影響細胞功能和存活時間。

為此，本次研究中，科學家們拋棄傳統的3D打印機，用六軸機器人改造了一個可以360度自由轉動的全新工具，對細胞進行全方位打印。

與傳統的笛卡爾生物打印機和電磁式細胞噴射打印機相比，這種機器人打印機還不會對細胞造成機械損傷。在此之上，科學家還設計出了一種油浴打印方法，可以讓打印出來的細胞在礦物油的疏水作用力下，不受重力影響，從而穩定粘附在生物支架的任意表面，並與周邊細胞緊密連接。

為了遵從組織器官發育的規律，機器人在血管支架上打印出幾層細胞後，會先讓兩者進行培養，形成胞間連接和新生毛細血管後，再打印新的細胞。如此循環，就能在心臟內形成與體內器官類似的血管網絡，從而支持組織的長期存活。

在具體實踐中，實驗人員用兩台六軸機器人在血管支架上進行血管內皮細胞和心肌細胞的打印。最終，打印出的完整內皮層，可在生血管因子的輔助下生長出新血管和毛細血管網絡；打印的心肌細胞也能在很快形成間隙連接，維持6個月的規律性搏動。

實際上，雖然人類從十多年前就能在培養皿中培育像大腦、內臟和肝臟這樣的“微型器官”，但類心臟器官卻一直是很大的挑戰。此次研究的突破將幫助研究人員更多瞭解人類心臟，也使得人們可以更加針對性地開發新藥，並對臨牀試驗的結果有更大的把握。