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297根據(jù)美國器官共享網(wǎng)絡(luò)(UNOS)——管理全國器官移植系統(tǒng)的非營利組織的數(shù)據(jù)顯示，在美國平均平均每天有20人死于等待器官移植。雖然現(xiàn)在每年有超過3萬例移植手術(shù)，但是還有超過11.3萬名患者在等候器官移植。所以人工制造的人體器官已被視為解決這個問題的重要途徑之一。
打印出“自行跳動的心臟”
目前來看，實驗室里已可以人工培育出具備所需功能的細(xì)胞、脈管系統(tǒng)。這些人工培育的人體器官被許多人視為能解決上述這種移植器官短缺問題的重要途徑，3D打印的進(jìn)步大大地提高了這種活體組織構(gòu)造人工培育水平。然而，迄今為止所有3D打印的人體組織仍存在缺陷，比如它們?nèi)狈τ糜谄鞴傩迯?fù)和替換所需的細(xì)胞密度以及某些功能性。
美國哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所和John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的研究人員共同研發(fā)了一種叫SWIFT(sacrificial writing into functional tissue)的方法。它可以通過將血管通道網(wǎng)絡(luò)直接用3D打印的方法打印到活體器官的3D構(gòu)建模塊中，以此來解決一些現(xiàn)存問題，甚至能夠創(chuàng)建出更近似于器官大小且具備相應(yīng)功能的較大組織結(jié)構(gòu)，比如在七天內(nèi)仍能自行跳動的心臟組織。
構(gòu)建活體組織的“血管”
SWIFT是一種全新的組織制造模式，它能夠打印含有大量干細(xì)胞衍生出的器官構(gòu)建模塊，能打印出構(gòu)建活體組織所必需的血管系統(tǒng)，它已不僅僅只是打印一個個微小的細(xì)胞。而它的運(yùn)作過程相對簡單，只有兩個步驟：第一步，將數(shù)十萬個由干細(xì)胞衍生的聚集體形成一個密集的活體基質(zhì)構(gòu)建模塊——這種基質(zhì)每毫升含有約2億個細(xì)胞。第二步，將氧和其他營養(yǎng)物通過打印的血管系統(tǒng)輸送到細(xì)胞內(nèi)部，然后將這個血管系統(tǒng)嵌入活體基質(zhì)構(gòu)建模塊中。從這些模塊中形成的最終出品物，不僅能達(dá)到類似于人體器官的高細(xì)胞密度，其基質(zhì)的黏度還能夠保證其內(nèi)部可以放入3D打印出的可持續(xù)灌注營養(yǎng)物質(zhì)及氧的血管系統(tǒng)，以模仿真正的人體器官。
在這項技術(shù)中，研究人員能夠?qū)⑼ǖ赖闹睆綇?00微米變?yōu)?毫米，并將它們無縫連接，形成組織內(nèi)的分支血管網(wǎng)絡(luò)。所以使用SWIFT技術(shù)嵌入的血管系統(tǒng)能以這種方式“存活”。如果沒有這些血管系統(tǒng)，這種組織結(jié)構(gòu)12小時內(nèi)可能已開始經(jīng)歷細(xì)胞批量死亡。
研究人員表示，把干細(xì)胞研究人員的最新進(jìn)展與新開發(fā)的生物打印方法相結(jié)合，SWIFT技術(shù)就將極大地推動全球人體器官工程領(lǐng)域的發(fā)展，朝著在體外創(chuàng)造功能性人體器官的目標(biāo)邁出一大步。這項研究最終有可能大大改善器官工程，并成功延長許多自身器官衰竭的患者的壽命。
目前研究人員正在嘗試將這些人造組織植入動物模型體內(nèi)，并探索它們的“宿主整合”過程。它正是“3D器官工程計劃”的一個重要部分。
