全球首個3D列印心臟誕生 有望解決器官移植問題

3D列印技術又稱為「加法製造」或是「積層製造」技術,目的是將3D圖檔以高精度的堆疊方式呈現出原始模型的細節與特徵。其應用範圍不斷推陳出新且越來越普及,舉凡食物、義肢、樂器、服裝、文物以及人體器官等。近日,3D列印技術迎來重大突破,來自以色列特拉維夫大學(Tel Aviv University)研究團隊,使用患者自己的細胞和生物材料「列印」了世界第一個 3D 血管化心臟,並在《Advanced Science》發表研究成果。這也是首次有人成功設計和「列印」充滿細胞、血管、心房、心室的完整心臟。

世界首個3D血管化心臟   盼利用人工方式達移植目的

根據世界衛生組織(WHO)的數據顯示,心血管疾病及其併發症是造成全球死亡人數最多的病因,而心臟移植是目前末期心臟衰竭患者僅能使用的治療方式,但捐贈器官普遍來說短缺現象嚴重。本次的心臟3D列印實驗的成果十分振奮人心,這意味著心臟移植有機會能夠利用人工的方式來完成並達到目的。過去雖然也能透過3D列印技術印出心臟器官,帶缺少了內部更細緻的血管組織,感謝研究團隊努力不懈的研發實驗,這次的3D列印心臟是人體細胞和患者特異性生物材料製成的完整心臟。

材料都來自患者本身   可避免排斥問題

研究人員首先從一些志願患者的體內取出一份脂肪組織的樣本,接著將其分離成「細胞」與「非細胞」材料,這些細胞隨後被用來誘導產生多能幹細胞,而膠原蛋白和糖蛋白等非細胞成分則用來合成「個體化凝膠」,來充當3D列印的「墨水」。

他們發現,自身材料組成的凝膠給幹細胞提供了良好的發育環境。在這些凝膠裡,幹細胞能高效分化成心臟細胞和內皮細胞。由於所有的材料都來自患者本身,這些細胞產生的組織能有效地避免異體器官移植中的排斥問題。

成功分化細胞之後,研究人員們進一步開始用這一方法「3D列印」心臟組織和器官。利用CT掃描技術,他們勾勒出了心臟的大體結構,這包括了心臟的形狀、心房心室的尺寸,以及主要血管的走向。對於CT掃描無法獲取的小血管網路結構,研究人員們又使用了數學模型,計算不同區域的氧消耗,合理分配血管的走向。在計算機的輔助下,獲得了更為完整的血管網路結構,用於實際的列印。

利用動物模型3D心臟   證實此技術應用於人類的可行性

儘管目前成功列印出的「人造心臟」只有兔子心臟的大小,差不多為一顆櫻桃的大小,但它的腔室與血管都與人類所擁有的心臟相同,結構非常完整。目前這顆心臟中的細胞已能出現收縮的動作,但還無法如同真正的心臟般打出磅礡的血液,這也是研究團隊積極投入的下一個階段性目標研究。同時計畫動物模型移植 3D 列印的心臟,藉此證明人造心臟確實可行且能普及,並希望測試在 1~2 年完成。若此技術真能應於人類器官移植,對於那些只能無止盡地等待還未必能等到捐獻者器官地患者,無疑是一大福音,盼望成功之日到來的那刻。

參考資料

圖片來源:freepik

生醫編輯群

作者

生醫編輯群

生醫編輯群將致力於讓您接觸到國際生物科技的應用知識與國內外先進的生技及生醫產業相關報導,快速吸收最即時、最新的生物科技發展與生醫新知,改善醫病關係、醫療品質、正確的用藥方法。

Up Next

相關的 文章