根据美国器官共享网络(UNOS)——管理全国器官移植系统的非营利组织的数据显示，在美国平均平均每天有20人死于等待器官移植。虽然现在每年有超过3万例移植手术，但是还有超过11.3万名患者在等候器官移植。所以人工制造的人体器官已被视为解决这个问题的重要途径之一。
打印出“自行跳动的心脏”
目前来看，实验室里已可以人工培育出具备所需功能的细胞、脉管系统。这些人工培育的人体器官被许多人视为能解决上述这种移植器官短缺问题的重要途径，3D打印的进步大大地提高了这种活体组织构造人工培育水平。然而，迄今为止所有3D打印的人体组织仍存在缺陷，比如它们缺乏用于器官修复和替换所需的细胞密度以及某些功能性。
美国哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员共同研发了一种叫SWIFT(sacrificial writing into functional tissue)的方法。它可以通过将血管通道网络直接用3D打印的方法打印到活体器官的3D构建模块中，以此来解决一些现存问题，甚至能够创建出更近似于器官大小且具备相应功能的较大组织结构，比如在七天内仍能自行跳动的心脏组织。
构建活体组织的“血管”
SWIFT是一种全新的组织制造模式，它能够打印含有大量干细胞衍生出的器官构建模块，能打印出构建活体组织所必需的血管系统，它已不仅仅只是打印一个个微小的细胞。而它的运作过程相对简单，只有两个步骤：第一步，将数十万个由干细胞衍生的聚集体形成一个密集的活体基质构建模块——这种基质每毫升含有约2亿个细胞。第二步，将氧和其他营养物通过打印的血管系统输送到细胞内部，然后将这个血管系统嵌入活体基质构建模块中。从这些模块中形成的最终出品物，不仅能达到类似于人体器官的高细胞密度，其基质的黏度还能够保证其内部可以放入3D打印出的可持续灌注营养物质及氧的血管系统，以模仿真正的人体器官。
在这项技术中，研究人员能够将通道的直径从400微米变为1毫米，并将它们无缝连接，形成组织内的分支血管网络。所以使用SWIFT技术嵌入的血管系统能以这种方式“存活”。如果没有这些血管系统，这种组织结构12小时内可能已开始经历细胞批量死亡。
研究人员表示，把干细胞研究人员的最新进展与新开发的生物打印方法相结合，SWIFT技术就将极大地推动全球人体器官工程领域的发展，朝着在体外创造功能性人体器官的目标迈出一大步。这项研究最终有可能大大改善器官工程，并成功延长许多自身器官衰竭的患者的寿命。
目前研究人员正在尝试将这些人造组织植入动物模型体内，并探索它们的“宿主整合”过程。它正是“3D器官工程计划”的一个重要部分。
本版制图/王军
