3D 打印:人类通往长生不老的钥匙?

2019-04-22
天佑 评论
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对于许多电子设备来说,部件损坏或者老化之后往往只需要用新的替换掉就完事了。而对于人类来说,皮肤上的小损伤或许还能自我修复,但像缺个胳膊、少个器官这样的缺陷就没这么简单了,人类并不能像有些低等生物一样被切成两半之后还能再生出组织器官。此外,人体器官的衰老本身更是一个任何人都不能逆转的过程。

要是人类也能像电脑一样能随时替换最新最好的部件,时刻保持更新该有多好。

▲图自:Pixabay

当然,组织器官移植早已经不是什么新鲜事了,近些年甚至还有人尝试注射年轻人的血液让自己变年轻这样的事例报道(实际效果并未经科学证实),不过有需求就必然要有供给,当今天尚有许多病人因等不到合适的器官配型而只能眼睁睁看着自己的生命流逝时,通过器官移植让自己长生不老多少就显得有些不切实际了。

不过也正因如此,最近以色列的研究人员就利用 3D 打印技术创造出了世界上第一颗具有完整结构的 3D 打印心脏,而这样的技术或许在将来的器官移植、疾病治疗以及全人类的寿命延长等问题上都有广阔的前景。

具体来说,在该实验中,研究人员首先在人体内提取出了网膜组织,再将其中的细胞从细胞外基质(ECM)上提取出来。提取出的细胞被重新编码为能分化成心肌细胞及内皮细胞的多能干细胞,而细胞外基质则被做成了定制化的温敏性水凝胶。随后,细胞被封装进水溶胶里,被制作成「生物墨水」(Bioink)用来打印。

▲3D 打印心脏过程原理图,图自:Advanced Science

不过有了这些原材料是远远不够的,这样的「生物墨水」还要依据具体的规则来指导它的打印。

由于打印出的心脏块(Cardiac patch)本身并不会自动生成心脏本身所具备的心房、心室结构以及与患者脉管系统相匹配的血管,所以在打印前需要用 CT 扫描来扫描患者的心脏整体以及大血管的结构与方向,以确定 3D 打印心脏的大框架,再用数学模型设计出 CT 扫描不到且符合氧扩散规则的小血管并添加进整套脉管系统中以确保器官在移植之后能够正常存活及工作。

这样一整套流程下来之后,3D 打印出的带有完整细胞、血管、心房及心室结构的心脏便可以移植回病人体内来替换受损或病变的心脏了,而且由于细胞本身就是来自病人本人,所以这样移植所产生的排异反应也会是微乎其微的。

▲心脏的 CT 成像以及通过模型计算后的氧扩散分布,图自:Advanced Science

当然,作为一次实验研究,此次通过 3D 打印制成的心脏还只有兔子的心脏大小,而且这颗心脏目前还只能收缩,不能像正常的心脏一样具有泵血的能力,团队也计划在 1 年后开始动物实验再进行人体的临床实验,因此距离真正成为可移植的心脏或许还有一段路要走。

对此,该研究的首席作者,特拉维夫大学细胞生物学和生物技术学院的 Tal Dvir 教授也表示希望「10 年内能在全世界最好的医院里部署器官打印机,让器官打印成为见怪不怪的常规操作」。

不过这项技术一旦成熟之后,想象空间也绝不仅仅限于器官移植这么简单。

正如文章开头所说,在这样的技术帮助下,当人体器官出现了损伤或者单纯因为衰老而「不好用了」的时候,人们便可以再也无需担心器官来源的问题实现物理身体上的永续永新。

至于精神及意识的留存,如今还有像马斯克旗下 Neuralink 之类的研究脑机接口的公司在潜心进行研究,或许在今后即使人脑已经衰老到需要更换,人们也可以选择将自己的意识暂存在电脑里,再通过 3D 打印一个新的大脑及身体并将意识「下载」进新的大脑中。

或许当长生不老的那一天到来,人类才真正成为了主宰自己的主人。