登月计划旨在生物打印人类心脏并将其植入猪体内

根据美国卫生高级研究计划局(ARPA-H)签订的一项价值2630万美元的新联邦合同，斯坦福大学的一个多学科研究小组的目标是在五年内生物打印出功能齐全的人类心脏，并将其植入活猪体内。

“这确实是一项登月计划，但用于生物打印完整而复杂的人体器官的原材料现在已经就位，可以推动这一重大进展，”工程与医学院生物工程助理教授马克·斯凯拉-斯科特(MarkSkylar-Scott)说，他是斯坦福心血管研究所，也是该项目的首席研究员。

多年来，制造定制的、针对患者的人体器官——肝脏、肺、肾脏、大脑，还有人类心脏——的愿景一直是现代医学的一个诱人的梦想，但直到最近，干细胞科学才达到了细胞生产和3D生物打印技术的进步使梦想变得触手可及。

生物打印是一种3D打印技术，可以逐个细胞地打印活体组织，而不是使用塑料或金属。斯凯拉-斯科特说，关键的进展是我们现在可以将细胞和血管打印到这些组织中。

“有了脉管系统，就有了制造大而厚的组织的能力，这些组织可以植入并存活，”斯凯拉-斯科特说。“器官生物制造的时代就这样开始了。”

规模飞跃

生物打印专业知识与细胞生产规模的巨大飞跃相结合，从旧的培养皿到今天能够一次生产数十亿个心脏特异性细胞的反应器。这些将成为生物打印机的“墨水”。

“我们将使用自动化的生物反应器库来生产不同类型的心脏细胞，”斯凯拉-斯科特说。

这组生物反应器将产生数十亿个心室和心房心肌细胞、形成浦肯野纤维的专门传导细胞、心脏起搏细胞的结细胞、以及支持组织发育的平滑肌细胞、巨噬细胞，以及当然，血管内皮细胞需要维持组织的活力。斯凯拉-斯科特估计，该团队每两周就能为心脏产生足够的细胞。

他说：“我们将利用这些大量的细胞来练习、练习、练习和学习心脏的所有设计规则，并在整个心脏范围内优化活力和功能，以最终植入猪体内。”生物打印的人类心脏将被移植到患有严重先天性免疫缺陷的猪体内，以防止排斥反应。然而，该团队的方法使用患者特异性干细胞，当移植到同一患者体内时，可能不需要免疫抑制。“你自己的心，由你自己的细胞组成;这就是梦想，”斯凯拉-斯科特补充道。

该项目规模巨大，让人憧憬有一天类似的生物制造工厂能够制造出新的心脏、肺、肝脏和其他器官，用于植入患病的人类体内——每个生物打印的器官都与其患者的基因完美匹配。斯凯拉-斯科特表示，这样的愿望是可以预料到的，但他补充说，他相信这一天即使不是更久，也还需要几十年的时间。尽管如此，这项生物打印计划仍将作为加速器官工程商业化和转化的必要而有力的概念验证。

专业知识生态系统

对这种可能性的讨论让斯凯拉-斯科特重新面对未来的挑战。生物打印和将心脏植入生物体内需要大量的专业知识，远远超出任何一个研究人员的技能。在这方面，斯凯拉-斯科特重返斯坦福大学研究生态系统，使该项目成为可能。

虽然他是该项目的首席研究员，但实现梦想所需的完整斯坦福专家团队在深度和广度上都非常出色(见侧边栏)。它包括工程、生物化学、计算机建模、心脏病学、心胸外科、生物学、材料科学等领域的专家。只有斯坦福大学将领导力集中在所有这些相互独立但又相互关联的领域，这些领域彼此相距不远。

Skylar-Scott表示，斯坦福大学是心血管医学领域真正的卓越中心，心血管研究所、干细胞衍生专业知识和血管专家提供原材料，并结合3D生物打印和材料教师的良好生态系统，思考如何使用和使用组装材料。

“当你将所有这些资源集中在一个地方时，就可以更轻松地进行协作并完成一些令人惊奇的事情，”斯凯拉-斯科特说。

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