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利用干细胞技术3d打印的“人工心脏”问世!

2019-06-07 18:56来源:

原标题:利用干细胞技术3d打印的“人工心脏”问世!

导语

在世界上的各个角落,每一天都有等待器官捐献的病人,这些年来面对巨大的捐赠器官缺口,科学家们都希望能够通过各种技术,构建更加复杂的人体器官。自从多能干细胞具有向特定器官分化的能力被发现以来,人造器官已经成为了干细胞应用的主要方向。

干细胞属于具有自我复制能力的多潜能细胞,在一定条件下,可以分化成多种功能细胞。

日本冈山大学和杏林大学的研究人员,曾从成年实验鼠肾脏内采集了成体干细胞来培育人造肾脏;

澳大利亚与荷兰研究人员也从诱导多能性干细胞中,培育出“类似肾脏的组织”。

利用干细胞技术+3d打印的“人工心脏”

据科技日报报道,以色列特拉维夫大学研究人员4月15日宣布,他们利用患者细胞和生物材料,首次成功设计和打印出充满细胞、血管并有心室和心房的完整心脏。而此前打印出的心脏结构,只是无血管的简单组织。

在以色列,心脏病是排在癌症之后的第二大杀手。通常,心脏移植手术是针对心力衰竭晚期患者仅有的疗法。美国需心脏移植的患者等候期可达6个月或更长。在以色列和美国,不少患者在等待之中死去。

研究项目带头人塔尔·德维尔解释说,他们3d打印的人工心脏是以人体细胞和具患者特异性的生物材料作为生物打印原料制成的。

首先,从患者身上取得活检脂肪组织,然后将其中的细胞分离出来。这些细胞被重新编程为多能干细胞后,有效地分化成了心脏细胞或内皮细胞。

接下来,将胶原蛋白和糖蛋白等细胞外基质(ecm)加工成个性化的水凝胶,然后将分化的细胞与其混合,用于打印具有患者特异性、无排异性的带血管的心脏组成部分,最终获得完整的心脏。

到目前为止,科学家已成功3d生物打印一些器官组织,其中包括:甲状腺,已植入患者体内的胫骨替代物,以及能够让心脏真实跳动的细胞组织。所有这些3d打印器官都可以通过生物墨水进行改良处理,这是我们未来几年里可预期的改进之一,目前已形成相应的运行机构致力于推进3d生物打印技术。

人造软骨再出新技术,韧性堪比“防弹背心”

2017年,一份刊登于《新型材料》科学杂志的研究指出,有研究者利用与加强型防弹背心相同类型的纤维,模仿天然软骨的硬度、韧性和含水量,研制出新型人造软骨。就在去年,密歇根大学和江南大学的研究人员曾开发出与人体软骨具有相似机理的合成软骨:在压力下释放水分,在压力减轻或消失后可以像海绵一样吸收水分恢复形态。虽然人造软骨并非首创,但较早期材料相比,新型材料能够将充足水分进行交换,人造软骨的“力量”更加强大,该合成组织可以替代人体自然磨损或愈合不良的软骨,不但能缓解关节疼痛,还能使很多人不必接受关节置换手术。

软骨在临床上有着非常大的需求,在美国大概有85万人需要接受手术切除或者更换膝关节的软骨。研究者们希望,在未来,人造合成器官能够更简单、费用更低、更可靠地满足患者需求,这种材料的潜在应用并不局限于软骨。他们期待混合材料在不同比例下所构建的类似网络,可能会同样适用于其他软组织。

干细胞再生肾脏获得重大突破

全世界数以百万计的人依靠常规透析来完成病变或受损肾脏的作用,而干细胞疗法被认为是最有希望替代透析技术挽救患者的一种途径。

2018年2月,一项具有突破性进展的成果刊登在注明学术期刊《干细胞报告》上,英国研究人员第一次成功在活生物体内利用干细胞技术培育出了可以正常过滤宿主血液并产生尿液的人类肾组织,这可能成为肾病治疗史上一个重要成就。

由曼彻斯特大学两位教授领衔的研究团队先在实验室培养皿营养液环境中把人类胚胎干细胞培养成肾小球,然后将培养出来的肾小球与类似结缔组织的凝胶物混合后注入到实验小鼠真皮下。

能够过滤血液以产生尿液的功能性人“小型肾脏”已经在医疗领域中的活生物体中生长,这标志着朝向治疗肾病的重要步骤。

研究人员已经能够将人类干细胞发展成为“比先前报道的发现显着更成熟”的小型肾脏。

它具有功能完好的人体血管并能够过滤其宿主的血液。

“器官再生”之梦依然充满挑战

无论是科学家、医生还是患者,都期待“不存在排异反应,不需要辅助药物治疗,也不存在伦理争议的人造器官时代”的到来。然而人造器官植入人体后,又是否能与人体自有的内分泌系统、神经系统等相适应和协调,以保持长久的存活且行使正常的功能?

人造器官即使有完整的细胞构成,有完整的器官形态,但值得注意的是,它们的培育是在体外环境,与体内复杂的内环境无法相提并论,那么移植后,这些器官是否能有正常的功能,值得深究。

美国生物学家、诺贝尔奖获得者吉尔伯特则认为,在50年内,人类将能培育出人体的所有器官。然而,从一滴血,到一段血管、一块软骨、一片皮肤,再到最终的肝脏、肾脏乃至心脏都是非常复杂的系统,人类的人造器官“梦”依然充满挑战。

via.央视cctv 、科技日报、搜狐健康网

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