文｜陈根

心血管疾病是全球导致死亡的重要原因，而对于病情严重的病人来说，器官移植是唯一的选择。但一般而言，需要器官的人比往往比捐献器官的人多，全世界等待换器官的病人排起了长队，却未必人人都能够获得捐赠，很多情况下，人们未等到换器官已经离世，

器官打印的出现，给需要器官移植的病人一个全新的巨大可能。

2019年4月，特拉维夫大学的研究员使用患者自己的细胞和生物材料成功“打印“了世界上第一颗2.5厘米的3D血管化心脏。尽管尚有缺陷，但这是第一次使用人类细胞对完全血管化的3D打印人心脏，向功能性人体器官生物打印迈出关键一步。

由于使用的是患者自己的细胞，因此可以完全消除排斥新生物工程器官，这意味着将会解决器官移植中的排斥反应问题，危险的器官移植可能成为历史。

3D打印心脏，绝不只是把一堆细胞堆成心脏的样子那么简单。

追根溯源可以归结到地球的重力问题，直接或间接地导致一些条件都无法实现——打印出来的心脏无法泵血是由于心脏不能整齐地跳动；心脏整齐地跳动需要心脏的细胞间有紧密的联系等等。

不仅如此，和其他3D打印存在差异，由于生物3D打印使用的是细胞，为了保证细胞的活性，就不能有光和热。生物3D打印根据不同的细胞生长环境，需要设置打印的参数，精确地控制生物材料中细胞的密度、生长因子在整体3D结构中的位置及相关作用，才能使打印出的组织具有生物活性。

此外，心脏比一般的器官更为复杂--会跳动。心肌细胞被紧密地连在一起，细胞产生的电信号会使大批心肌细胞共同收缩，为了协调两个心房和两个心室的协同收缩，心脏本身还有一套特殊的传导系统。

尽管在体外生产几千万个心肌细胞并不难，可即便心脏被3D打印出来，能否跳动和如何跳动成为了难题。心室纤颤由于心肌细胞不能同步跳，一旦失去“同步”，各个细胞此起彼伏地乱跳就会让心脏在瞬间失去泵血功能，导致患者死亡。因此，如果要实现心脏的泵血功能，心脏必须非常整齐地跳动。

尽管目前尚未有成功移植完整3D生物打印心脏的案例，但并不影响生物医药公司和科研小组向功能齐全的3D打印心脏迈进。

除了特拉维夫大学的分子细胞生物学与生物技术学院成功制作全球首颗可像心脏一样可以收缩3D打印心脏以外，WFIRM的主管Anthony Atala博士的团队也对3D器官打印进行了更深入的研究，几年前，Anthony Atala博士的团队就进行了工程设计并将膀胱移植到了活着的患者中。截至目前，该研究所已经开发了30多种不同的组织和器官。

在今年年初的时候，WFIRM宣布创建一个微型人体 “模型”，包含不同的生物工程人体组织，将专门用于药物测试。微小的类器官结构大约是成年人大小的百万分之一，并且包括微型心脏组织。Atala博士表示，微型人体实验室模型一个最重要的功能是，在开发的早期就确定一种药物是否对人类有毒，这对实验药物测试产生了巨大影响。

此外，总部位于芝加哥的Biolife4D公司也在3D打印做出独特贡献，Biolife4D公司的目标旨在利用生物工程和3D打印技术，制造能够移植的人类心脏。在2018年，他们成功地展示了人类心脏组织补丁的生物印记，这意味着组织具有血流并且可以像真正的心脏一样收缩。这些心脏组织贴片可用于恢复急性心力衰竭患者的受损心脏部分。

为了生产这些补丁，他们通过MRI机器获取患者心脏的3D数字模型后，使用患者自己的心脏细胞，结合营养物质和其他生物材料创建生物墨水。最后，组织补丁经过3D打印并在生物反应器中成熟，直到可以移植。

去年9月，公司还宣布了另一个重大突破，即迷你心形3D打印机，由具有人类心脏特性的生物墨水制成，复制了人类心脏的许多特征。Biolife4D还改进了其生物打印算法，专门针对心脏3D打印进行了优化。Biolife4D表示，有了这个新的里程碑，只需优化工艺并扩大技术范围即可实现“成功移植的全尺寸、3D打印功能性心脏“这一最终目标。

尽管第一颗3D打印心脏已经获得了成功，但离人类何时真正用上打印心脏还未可知。这可能需要十年或者更长的时间，我们才能够把3D打印心脏组织移植到人体身上，但可以确定的是，器官打印的时代离我们并不遥远。