一項新的科技突破，有可能讓漫長而危險的器官移植徹底成為歷史。

以色列特拉維夫大學在綜合科技期刊 Advanced Science 上刊文，宣布成功用人體細胞制造出世界上首顆 3D 打印心臟。

特拉維夫大學研究員展示人工心臟

這顆 3D 打印人工心臟大約兩厘米長，和兔子的心臟大小差不多，看起來像個精致的小玩具。然而這顆心臟是貨真價實的人類心臟縮小版，不僅有心臟細胞，還有血管和其他支撐結構，甚至能像真實的心臟一樣跳動。

如果世界上真的存在身高30厘米的迷你小人兒，這顆心臟理論上能支持它的一切生理活動。

最關鍵的是，這顆心臟的“打印原料”和“粘合膠水”，均來自患者本人體細胞，不會在進行器官移植時產生任何的排異反應。而在此前，所有的人造器官都是用合成材料，或其他非來源于患者的材料制成。

器官移植手術的黎明，可能真的要到來了。

像打印模型一樣，打印一顆心臟

3D 打印人體器官，并不只是把一堆細胞堆成心臟或腎臟的樣子那么簡單。

看起來確實簡單

盡管人類早已掌握了人工培養簡單人體組織的技術，但想要生產一顆完全匹配患者的免疫學、細胞、生物化學和解剖學特性的心臟，還是難上加難。尤其是在心臟中，復雜的血管網絡和其上附著的肌肉組織需要嚴格符合正常心臟解剖結構，才能保證心臟的正常工作。

而 3D 打印技術的發展，使從零開始重建心臟成為了可能。

整顆心臟的打印過程

根據特拉維夫大學發表的論文（3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts），打印心臟的原料來自從患者身上取出的網膜組織。網膜組織位于人類的內臟外部，像帷幔一樣保護著內臟。

之后，網膜組織會被分離成細胞和基質兩部分。

通過重新編程，網膜中分離出的體細胞會再次回歸可以分化的多能干細胞。在誘導下，多能干細胞重新分化為構成心臟主體的心肌細胞和構成血管的內皮細胞。

而分離出的基質則會被加工成水凝膠。

打印過程示意圖

接下來，心肌細胞和內皮細胞將被分別置于水凝膠中培養，形成 3D 打印所需的打印材料。

在下圖中，我們可以清楚地看到用于 3D 打印的原材料。a 是剛剛剝離出的網膜組織，而把細胞全部分離后，網膜組織留下了圖 b 中像鍋巴一樣的基質。圖 c 則是“鍋巴”做成的水凝膠，會在打印中擔任“生物油墨”的角色。

慎點大圖

最后一步，是對患者的心臟建模。

對心臟的建模非常復雜，既要重現患者本身的心臟形態（畢竟世界上沒有兩顆一樣的心臟），又要靠想象力補足細節。

對患者心臟進行 CT 掃描后（圖a），科學家們得以識別患者心室中主要血管的 3D 結構和方向（圖b）。在確定了大血管后，學者們就能借助 CAD 軟件，重現出貼在血管外的心肌尺寸和幾何形狀了。但由于 CT 掃描不能呈現小血管的圖像，后續還要借助數學模型，計算心臟中的血氧濃度，將較小的血管添加到基本脈管系統設計中（圖d）。

由于整個打印過程中用到的細胞和“粘合劑”均來自患者本身，這樣的器官不會引發任何排異反應，堪稱“即裝即用”，安全無虞。

挑戰仍然存在

第一顆 3D 打印心臟已經獲得了成功，但離人類真正用上心臟還有多遠？

這個問題的答案，連研究人員自己也不能確定。

特拉維夫大學分子細胞生物學與生物技術學院教授，本論文作者之一 Tal Dvir 在聲明中說到：“目前為止，我們的技術僅能做出微型心臟，但制造人類大小的心臟所用的技術是一樣的。”

除了尺寸問題，真實的心臟還應該能與血管相連，把血液泵送到身體各處。“雖然這顆心臟可以收縮，但我們還沒能將它與血管相連，” Dvir 教授說，“真正的心臟應該能與血管融為一體，自主工作。”

研究人員表示，下一步，他們將嘗試把 3D 打印心臟移植到動物身上。

然而，我們能從這項技術身上獲得的其實遠遠不止遙遙無期的心臟移植。

利用相同的技術，膀胱、耳朵、血管、氣管這些結構更簡單的器官和組織，完全可以重現。對于心臟局部受損的患者而言，利用 3D 打印技術制造的心臟補丁（cardiac patch）也可以被提上日程了。

“也許，在十年內，世界上最好的醫院就會配備器官打印機，讓器官和組織打印成為一項常規操作。”Dvir 教授說。