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打印技術中難度最高的一個分支——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：對人體進行CT掃描并通過計算機軟件分析結果，建立人體的心臟模型，對細胞在每層組織中的位置做詳細說明。這一步的挑戰(zhàn)在于，迄今為止人類對于微觀世界的理解一直停留在二維水平。產生這種現象的原因部分在于顯微鏡下的標本必須在二維條件下進行觀察——被放在細薄的載玻片上，這樣上方或者下方的光線就可以照亮它。即使擁有現代計算機和制圖軟件，生物學家也很難從三維立體角度理解細胞與組織器官之間的相互聯系。

步驟二：將模型進行分離，分別打印心臟的各個部件——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胞，通過采用不同的成長因子，將干細胞分化成不同類型的其他細胞；心臟各個部件分別由不同類型的活細胞構成，生物打印機通過多個可以左右、前后、上下移動的生物打印頭（bioprint head），根據模型將相應細胞放在適當的位置，直到各個部件的三維結構完成。成功的再造器官至少由數十億不同類型的活細胞構成，在實驗室里培植和維持細胞的生命需要特別的程序和設備，它們需要營養(yǎng)、成長元素以及其他信息的交流。并且人體細胞極為“嬌嫩”，確保其在打印過程中成活非常困難，酸度、pH值、養(yǎng)分、二氧化碳等都對細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行培養(yǎng)，依靠細胞自身的生物發(fā)育反應實現組合。細胞依靠天然的自我組織性質連接血管，最終組合每個部件，促成心臟的發(fā)育。這是3D打印心臟的最后一個步驟，也是最容易失敗的步驟。除去同樣要面臨上一步中維持細胞生命的挑戰(zhàn)，即使打印出的細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合體面臨的最大技術挑戰(zhàn)就是使其能夠像正常的人體心臟細胞一樣完成協(xié)同工作。簡單的比喻就是：你可以把心臟組織細胞取出來放在一起，但是要如何把它變成一個真正的心臟呢？

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

OK，腦補時間結束。

就像人們已經掌握了基因圖譜，但是至今也無法合成生命一樣。目前人類生命科學的發(fā)展，還遠不足以完成心臟3D打印這一過程。掌握生命的構成結構與創(chuàng)造一個活性機體之間的距離天差地遠。人們對生命的認識還很有限，生命不是細胞、血管加神經就能簡單復制的，其中的很多聯系要比我們想象的復雜得多。

3D打印器官方面，目前一些醫(yī)學團隊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Organovo 公司為例，這家公司是全世界生物打印領域的先驅。他們打印出來的人體肝臟確實可以工作，但僅僅存活了40天。2014年4月，來自Louisville 大學的一個團隊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驗過。

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