3D列印心臟 指日可待

美國卡內基美隆大學科學團隊以膠原蛋白當做3D生物列印「生物墨水」,打造出有功能的心臟瓣膜。

《科學》(Science)期刊二日刊登的最新論文顯示,美國卡內基美隆大學(CMU)科學家以膠原蛋白當作3D生物列印「生物墨水」,搭配該校研發的「自由型態可逆嵌入懸浮水凝膠」(FRESH)等突破性技術,成功打造出具有功能的心臟瓣膜,有朝一日可望以3D生物列印製造出具有幫浦作用的整副心臟。

3D生物列印技術運用3D生物列印機,製造出細胞外基質(ECM),再將細胞種入這個細胞支架中,使細胞得以生長;列印支架時須有「生物墨水」,它是細胞與維生物質混合的液體基質。過去列印成果多因組織保真度太差及解析度過低,以致失敗收場。以色列科學團隊四月也曾公開一副3D生物列印的完整心臟組織含血管,當時「生物墨水」取自人體網膜組織,可惜那顆心臟雖可跳動,卻沒有幫浦作用。

CMU教授范柏格(Adam Feinberg)表示,該成果證明了3D生物列印技術與FRESH搭配膠原蛋白,可做出心臟瓣膜,進而成就一顆有功能的心臟︰鑑於人體各組織皆有膠原蛋白存在,加上它也是細胞外基質重要組成成分,因此成了這次列印的「生物墨水」,層厚廿微米的高解析度,也遠勝於一般塑膠3D列印規格。膠原蛋白就在FRESH技術的膠狀支撐物中層層疊疊列印凝固,接著種入活細胞與微血管,膠狀容器則在仿體溫的室溫中快速融解,留下絲毫無損的列印成品。

雖然尚未置入動物體內測試,但研究人員以核磁共振成像(MRI)掃描了患者的心臟瓣膜,並打造一個模擬人體壓力與血流速度的操作台,結果出現同步搏動和心臟瓣膜開合,確認列印作品確實能發揮作用。

此研究成果的新技術精密度雖超乎以往,但范柏格認為仍有待精益求精;依他之見,這項技術日後最有機會先用在修補出問題的器官,例如因心臟病發而失去功能的心臟或退化的肝臟。自由時報0802

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