1月13日，中国科学院遗传与发育生物学研究所宣布，该所团队成功利用3D生物打印技术，打印出具有自主跳动功能的心脏类器官，其结构、功能与人类心脏早期发育阶段高度相似，能够实现收缩、舒张等基本生理活动。这一成果发表在国际顶级期刊《细胞·干细胞》上，标志着我国在3D生物打印及再生医学领域取得重大突破，为器官移植、心脏疾病研究等提供了新的思路和方法。消息发布后，引发全球科技界高度关注。截至发稿，相关话题#中国科学家打印出跳动的心脏类器官#登上微博热搜，阅读量超9亿次。
记者从中国科学院遗传与发育生物学研究所了解到，此次打印的心脏类器官直径约1毫米，由人类多能干细胞分化而来，包含心肌细胞、内皮细胞、成纤维细胞等多种心脏细胞，形成了类似人类心脏的心房、心室结构，以及初步的血管网络。通过显微镜观察可以发现，该心脏类器官能够自主跳动，跳动频率约为每分钟60-80次，与人类正常心率相近，且跳动节奏稳定，能够对药物刺激产生反应，如使用肾上腺素后，跳动频率会明显加快;使用心得安后，跳动频率会减慢。
“此次成果的核心突破，在于解决了3D生物打印心脏类器官的‘活性’和‘结构完整性’两大难题。”该研究团队负责人、中国科学院院士周琪表示，以往的3D生物打印心脏组织，多为单一细胞类型的简单堆积，无法形成完整的器官结构，也不具备自主跳动功能;而此次团队通过优化生物墨水配方、改进打印工艺，成功实现了多种细胞的精准排列和有序组装，形成了具有功能的心脏类器官。
据周琪院士介绍，团队耗时5年时间，开展了上千次实验，在生物墨水研发、打印工艺优化、细胞分化调控等方面取得了一系列突破。首先，团队研发了一种新型生物墨水，以胶原蛋白、透明质酸等天然生物材料为基础，添加细胞生长因子，能够为细胞提供良好的生长环境，促进细胞增殖、分化和组织形成;其次，改进了3D打印设备，采用高精度喷头，实现了多种细胞的分层打印、精准定位，确保器官结构的完整性;最后，通过调控干细胞分化路径，让干细胞定向分化为不同类型的心脏细胞，形成功能协同的细胞网络。
此次打印的心脏类器官，不仅具有自主跳动功能，还具备一定的修复能力。研究团队在实验中发现，将受损的心脏类器官放入特定培养环境中，其内部的干细胞能够增殖分化，修复受损组织，恢复部分功能。“这一特性为心脏损伤修复研究提供了重要模型，未来有望应用于心肌梗死等心脏疾病的治疗。”周琪院士表示。
该成果在医学领域具有广泛的应用前景。一是为器官移植提供新的解决方案。目前，全球器官移植供需矛盾突出，心脏移植等待者数量远超捐赠者数量，很多患者在等待过程中失去生命。而3D生物打印心脏类器官若能进一步发育为完整心脏，有望解决器官短缺问题，为心脏移植患者带来希望。二是为心脏疾病研究提供体外模型。以往研究心脏疾病，多依赖动物模型或人体细胞培养，与人类心脏实际情况存在差异;而此次打印的心脏类器官，与人类心脏结构、功能高度相似，可用于研究心脏疾病的发病机制、药物筛选和疗效评估，提高药物研发效率，降低研发成本。
三是为再生医学发展奠定基础。心脏类器官的成功打印，证明了3D生物打印技术在复杂器官构建方面的可行性，为肝脏、肾脏等其他器官的生物打印提供了借鉴，推动再生医学领域的快速发展。“未来，随着技术的不断升级，我们有望打印出更多类型的器官类器官，甚至完整器官，彻底改变器官移植和疾病治疗的模式。”周琪院士表示。
全球科技界对该成果给予高度评价。美国斯坦福大学再生医学研究所教授戴维·科恩表示，中国科学家的这项成果是再生医学领域的重大突破，为器官打印技术的发展指明了方向。“以往很多人认为，3D生物打印完整心脏是不可能实现的，而中国团队的成果打破了这一认知，让我们看到了器官打印的希望。”
不过，周琪院士也坦言，目前打印的心脏类器官仍存在诸多不足，如体积较小、缺乏完整的血管系统和神经支配，无法实现复杂的生理功能，距离临床应用还有较长的路要走。“下一步，我们将重点攻克器官体积扩大、血管网络完善、神经支配构建等难题，推动心脏类器官向临床应用迈进。同时，加强与临床医院、企业的合作，加速技术转化，让成果早日惠及患者。”
截至发稿，研究团队已与多家医疗机构、生物科技企业签订合作协议，开展心脏类器官的临床前研究和技术转化工作。这一成果不仅彰显了我国在再生医学领域的科研实力，也为全球器官移植和疾病治疗带来了新的希望。后续技术进展及临床转化情况，本报将持续关注。
文章来源于网络。发布者：火星财经，转载请注明出处：https://www.sengcheng.com/article/123047.html
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