3D打印一顆心臟，有“血” （毛細血管網絡）有“肉” （心肌細胞）， 有規律搏動，還能在體外存活高達 6個月？沒錯，這就是來自中科院等機構的最新研究成果。研究人員利用 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打印的平層局限，在複雜血管支架上打印出了 具有正常細胞周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%。
這一成果讓 人造複雜器官之路又更近一步。
如何打造？
在了解這顆心臟具體如何打印出來之前，我們需要知道，最有希望幫助人類實現體外製造器官的 生物3D打印技術，有兩大局限：
一是 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；
二是在墨水中添加的 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后，會先讓兩者進行 培養，形成胞間連接和新生毛細血管后，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。
墨水的側視圖和俯視圖如下：
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。
下圖為打印完成後 第4天在支架表面形成的一個組織良好的hEC-hCM細胞層結構。
以及打印細胞分化后第30天和 第180天檢測到的心肌細胞 （α-Actinin）和內皮細胞 （VE-cadherin）結構。
關於作者
此項研究成果一共出自3個團隊，分別是：
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中國科學院 遺傳與發育生物學研究所研究員王秀傑團隊
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英國曼徹斯特大學 教授王昌凌團隊
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以及 清華大學 教授劉永進團隊
共同一作有4位，分別是王秀傑指導的博士生張澤宇和史慶慶、王昌凌團隊的戴澄愷博士以及劉永進團隊的吳陳銘博士。
該成果目前發表在Bioactive Materials （《生物活性材料》）。
One More Thing
3D打印出來的器官，可以用作術前規劃和手術間接導航；部分簡單結構的比如下頜骨、顱骨、脊柱、骨盆等已用上臨床。
2019年， 以色列特拉維夫大學就利用病人自身的脂肪等組織打印出了 人類首個具有細胞、血管、心室和心房的完整心臟。
不過它是個微縮版，大小隻相當於兔子的心臟。
該心臟的細胞可以出現收縮現象，但是還不能泵血。
很快，2020年的時候，美國明尼蘇達大學打印出來了能夠進行 泵血功能的3D心臟。