文/陳根

心血管疾病是全球導致死亡的重要原因，而對于病情嚴重的病人來說，器官移植是唯一的選擇。但一般而言，需要器官的人比往往比捐獻器官的人多，全世界等待換器官的病人排起了長隊，卻未必人人都能夠獲得捐贈，很多情況下，人們未等到換器官已經離世，

器官打印的出現，給需要器官移植的病人一個全新的巨大可能。

2019年4月，特拉維夫大學的研究員使用患者自己的細胞和生物材料成功“打印“了世界上第一顆2.5厘米的3D血管化心臟。盡管尚有缺陷，但這是第一次使用人類細胞對完全血管化的3D打印人心臟，向功能性人體器官生物打印邁出關鍵一步。

由于使用的是患者自己的細胞，因此可以完全消除排斥新生物工程器官，這意味著將會解決器官移植中的排斥反應問題，危險的器官移植可能成為歷史。

3D打印心臟，絕不只是把一堆細胞堆成心臟的樣子那么簡單。

追根溯源可以歸結到地球的重力問題，直接或間接地導致一些條件都無法實現——打印出來的心臟無法泵血是由于心臟不能整齊地跳動；心臟整齊地跳動需要心臟的細胞間有緊密的聯系等等。

不僅如此，和其他3D打印存在差異，由于生物3D打印使用的是細胞，為了保證細胞的活性，就不能有光和熱。生物3D打印根據不同的細胞生長環境，需要設置打印的參數，精確地控制生物材料中細胞的密度、生長因子在整體3D結構中的位置及相關作用，才能使打印出的組織具有生物活性。

此外，心臟比一般的器官更為復雜--會跳動。心肌細胞被緊密地連在一起，細胞產生的電信號會使大批心肌細胞共同收縮，為了協調兩個心房和兩個心室的協同收縮，心臟本身還有一套特殊的傳導系統。

盡管在體外生產幾千萬個心肌細胞并不難，可即便心臟被3D打印出來，能否跳動和如何跳動成為了難題。心室纖顫由于心肌細胞不能同步跳，一旦失去“同步”，各個細胞此起彼伏地亂跳就會讓心臟在瞬間失去泵血功能，導致患者死亡。因此，如果要實現心臟的泵血功能，心臟必須非常整齊地跳動。

盡管目前尚未有成功移植完整3D生物打印心臟的案例，但并不影響生物醫藥公司和科研小組向功能齊全的3D打印心臟邁進。

除了特拉維夫大學的分子細胞生物學與生物技術學院成功制作全球首顆可像心臟一樣可以收縮3D打印心臟以外，WFIRM的主管Anthony Atala博士的團隊也對3D器官打印進行了更深入的研究，幾年前，Anthony Atala博士的團隊就進行了工程設計并將膀胱移植到了活著的患者中。截至目前，該研究所已經開發了30多種不同的組織和器官。

在今年年初的時候，WFIRM宣布創建一個微型人體 “模型”，包含不同的生物工程人體組織，將專門用于藥物測試。微小的類器官結構大約是成年人大小的百萬分之一，并且包括微型心臟組織。Atala博士表示，微型人體實驗室模型一個最重要的功能是，在開發的早期就確定一種藥物是否對人類有毒，這對實驗藥物測試產生了巨大影響。

此外，總部位于芝加哥的Biolife4D公司也在3D打印做出獨特貢獻，Biolife4D公司的目標旨在利用生物工程和3D打印技術，制造能夠移植的人類心臟。在2018年，他們成功地展示了人類心臟組織補丁的生物印記，這意味著組織具有血流并且可以像真正的心臟一樣收縮。這些心臟組織貼片可用于恢復急性心力衰竭患者的受損心臟部分。

為了生產這些補丁，他們通過MRI機器獲取患者心臟的3D數字模型后，使用患者自己的心臟細胞，結合營養物質和其他生物材料創建生物墨水。最后，組織補丁經過3D打印并在生物反應器中成熟，直到可以移植。

去年9月，公司還宣布了另一個重大突破，即迷你心形3D打印機，由具有人類心臟特性的生物墨水制成，復制了人類心臟的許多特征。Biolife4D還改進了其生物打印算法，專門針對心臟3D打印進行了優化。Biolife4D表示，有了這個新的里程碑，只需優化工藝并擴大技術范圍即可實現“成功移植的全尺寸、3D打印功能性心臟“這一最終目標。

盡管第一顆3D打印心臟已經獲得了成功，但離人類何時真正用上打印心臟還未可知。這可能需要十年或者更長的時間，我們才能夠把3D打印心臟組織移植到人體身上，但可以確定的是，器官打印的時代離我們并不遙遠。