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使用患者自己的组织打印3D心脏

在一项重大医学突破中,特拉维夫大学的研究人员使用患者自己的细胞和生物材料“印刷”了世界上第一个3D血管化工程心脏。他们的发现发表于4月15日的《先进科学》研究中。工程心脏完全符合患者的免疫,细胞,生化和解剖学特性。

到目前为止,再生医学领域的科学家已经处于成功的阶段,该领域处于生物学和技术的十字路口,该科学家仅成功地打印了没有血管的简单组织。

TAU材料科学与工程系TAU分子细胞生物学与生物技术学院的Tal Dvir教授说:“这是任何地方的任何人第一次都成功地设计并打印了充满细胞,血管,心室和腔室的整个心脏。”负责这项研究的纳米科学与纳米技术中心和Sagol再生生物技术中心。

在美国,心脏病是导致男性和女性死亡的主要原因。目前,心脏移植是终末期心力衰竭患者的唯一可用治疗方法。鉴于心脏供体的严重短缺,迫切需要开发新方法来再生患病心脏。

Dvir教授说:“心脏是由人类细胞和患者特定的生物材料制成的。在我们的过程中,这些材料充当生物墨水,由糖和蛋白质制成的物质,可用于3D打印复杂的组织模型。”“过去,人们已经成功地对心脏的结构进行了3D打印,但是没有通过细胞或血管进行3D打印。我们的结果证明了我们的方法在将来工程化个性化组织和器官置换的潜力。”

该研究由Dvir教授,TAU生命科学学院的Assaf Shapira博士和Dvir教授实验室的博士生Nadav Moor共同进行。

“在此阶段,我们的3D心脏很小,只有兔子的心脏大小,” Dvir教授解释说。“

为了进行研究,对患者的脂肪组织进行了活检。然后分离组织的细胞和无细胞材料。当细胞被重新编程成为多能干细胞时,细胞外基质(ECM),即细胞外大分子的三维网络,例如胶原蛋白和糖蛋白,被加工成个性化的水凝胶,用作印刷“墨水”。

与水凝胶混合后,这些细胞可以有效地分化为心脏或内皮细胞,从而形成具有患者血管特异性免疫特异性的心脏斑块,随后形成整个心脏。

根据Dvir教授的说法,使用“本机”的患者特定材料对成功改造组织和器官至关重要。

Dvir教授说:“工程材料的生物相容性对于消除植入物排斥的风险至关重要,这会危及此类治疗的成功。”“理想情况下,生物材料应具有与患者自身组织相同的生化,机械和地形特性。在这里,我们可以报告一种简单的方法来对3D打印的厚,血管化和可灌注的心脏组织进行完全匹配的免疫,细胞,生化和患者的解剖学特征。”

德维尔教授说,研究人员现在正计划在实验室中培养印制的心脏,并“教他们像心脏一样行事”。然后,他们计划将3D打印的心脏移植到动物模型中。

他总结说:“我们需要进一步发展印刷的心脏。”“细胞需要形成泵送能力;它们目前可以收缩,但我们需要它们共同发挥作用。我们希望我们能够成功并证明我们方法的有效性和实用性。

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