【答分歧】脑洞开起来：如何3D打印一颗心脏

上周，@程少 在后台向嗅哥提问：如何3D打印一颗心脏？不得不说，这个问题瞬间抓到了嗅哥的眼球。当时嗅哥就脑洞大开想象自己换上一颗3D打印心脏酷炫到没朋友的飒爽英姿。这样的欢乐时刻怎好一人独享。今天嗅哥就来跟大家一起脑补一下如何3D打印一颗心脏。

3D打印技术不算新鲜。它最早出现在上世纪90年代中期，是快速成型技术的一种。以数字模型文件为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体。而3D打印心脏，涉及到的是3D打印技术中难度最高的一个分支——3D生物打印。不同于普通3D打印使用的PVC塑料或金属，生物打印使用的材料是人体细胞和粘合剂。

3D打印心脏有方法了：“革命”尚未成功，同志还需努力

√ 步骤一：对人体进行CT扫描并通过计算机软件分析结果，建立人体的心脏模型，对细胞在每层组织中的位置做详细说明。这一步的挑战在于，迄今为止人类对于微观世界的理解一直停留在二维水平。产生这种现象的原因部分在于显微镜下的标本必须在二维条件下进行观察——被放在细薄的载玻片上，这样上方或者下方的光线就可以照亮它。即使拥有现代计算机和制图软件，生物学家也很难从三维立体角度理解细胞与组织器官之间的相互联系。

√ 步骤二：将模型进行分离，分别打印心脏的各个部件——心脏肌肉、血管、心脏瓣膜和电组织。首先从成年人的骨髓和脂肪中提取干细胞，通过采用不同的成长因子，将干细胞分化成不同类型的其他细胞；心脏各个部件分别由不同类型的活细胞构成，生物打印机通过多个可以左右、前后、上下移动的生物打印头（bioprint head），根据模型将相应细胞放在适当的位置，直到各个部件的三维结构完成。成功的再造器官至少由数十亿不同类型的活细胞构成，在实验室里培植和维持细胞的生命需要特别的程序和设备，它们需要营养、成长元素以及其他信息的交流。并且人体细胞极为“娇嫩”，确保其在打印过程中成活非常困难，酸度、pH值、养分、二氧化碳等都对细胞的活性有很大的影响。

√ 步骤三：将打印成型的各部件放入孵化器中进行培养，依靠细胞自身的生物发育反应实现组合。细胞依靠天然的自我组织性质连接血管，最终组合每个部件，促成心脏的发育。这是3D打印心脏的最后一个步骤，也是最容易失败的步骤。除去同样要面临上一步中维持细胞生命的挑战，即使打印出的细胞成功活了下来并且完成了融合的过程，也并不意味着这颗“心脏”能够发挥功效。这种半生物半人工的结合体面临的最大技术挑战就是使其能够像正常的人体心脏细胞一样完成协同工作。简单的比喻就是：你可以把心脏组织细胞取出来放在一起，但是要如何把它变成一个真正的心脏呢？

如果一切顺利，某一天你听到培养皿中传来的跳动声，那么恭喜你，你创造了历史。

OK，脑补时间结束。

就像人们已经掌握了基因图谱，但是至今也无法合成生命一样。目前人类生命科学的发展，还远不足以完成心脏3D打印这一过程。掌握生命的构成结构与创造一个活性机体之间的距离天差地远。人们对生命的认识还很有限，生命不是细胞、血管加神经就能简单复制的，其中的很多联系要比我们想象的复杂得多。

3D打印器官方面，目前一些医学团队有了一些半成功的尝试，其中大部分功能都不完整，又或者仅仅存活了几天。以Organovo 公司为例，这家公司是全世界生物打印领域的先驱。他们打印出来的人体肝脏确实可以工作，但仅仅存活了40天。2014年4月，来自Louisville 大学的一个团队成功的打印出心脏瓣膜和小静脉，不过目前还没有在人体上实验过。

如果未来的某一天，3D打印器官成为现实，将会是多少重疾患者的福音。让我们怀抱这样的愿景，对科技的发展多一点信心。

这期【答分歧】就到这里，我们下周不见不散～

文/虎嗅实习生 宋美龄