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【资料】 近日,特拉维夫大学宣布该学校实验室3D打印出了一颗“心脏”,该心脏不仅具有外形,还有细胞、血管和 其他支撑结构,甚至可以像心脏一样收缩,但长度只有2.5厘米。该实验团队负责人说:“与过去相比,这 项研究成果的突破点在于,这不仅是一个外观打印的心脏,而且是世界上第一个利用患者自己的细胞和生 物材料3D打印出的三维血管化的工程心脏,也就是具有血管组织的三维人造心脏。”而在此之前,科学家只成功打印出没有血管的简单组织。 负责人补充道:“打印心脏的原料是从病人身上提取而来。我们从网膜组织中提取细胞,对其进行编辑, 使之成为干细胞,再将其转化为心肌细胞和内皮细胞。另外,提取非细胞组织,转变为一种‘个人特有的凝 胶’来充当打印‘墨水’,这些由糖和蛋白质构成的材料能够用于3D打印复杂的组织模型。随后利用组织工程 学的原理,在支架中填充细胞,以此让细胞得以更好地再生。”他说,该实验室使用的“打印原料”和“黏合 胶水”来源于患者自身,对于成功构建组织和器官至关重要,这意味着由此打印出的心脏移植进本人身体 后不会产生排异反应。而目前心脏移植术后的死亡率居高不下,主要与排异反应有关。
如此看来,若特拉维夫大学的技术手段能在未来的人体试验阶段被证明有效,并在一定程度上解决排异问 题,那确实将会是一个很大的突破。
心脏体积大、细胞种类繁多,全体心肌细胞需要几乎同时收缩,才具有功能。心脏的跳动是因为心肌细胞 都被紧密地连在一起,细胞产生的电信号使大批心肌细胞共同收缩。而且为使两个心房和两个心室协同收 缩,心脏本身还有一套特殊的传导系统。虽然在体外生产几千万个心肌细胞并不困难,但是即便心脏被3D 打印出来了,能不能跳是一回事,到底怎么跳则是另一回事。以临床病症为例,心室纤颤就是因为心肌细 胞不能同步跳动。一旦跳动不同步,心脏就会瞬间失去泵血功能,导致病人死亡。
特拉维夫大学此次打印出的心脏,还未能使大批细胞同步跳动并产生足够的力量。该负责人对此次实验的 一些遗憾也并不讳言,“受限于我们3D打印机精度的问题,目前还不能打印出心脏上的所有血管,而且该 心脏也不具有泵血功能”。3D打印出的这颗心脏,距离应用于动物实验,也长路漫漫。
那么,为何特拉维夫大学团队打印出的心脏不能整齐地跳动?3D打印一个心脏到底难在哪里?答案与地 球重力有关。“3D打印的黏附力不足以支撑心脏或肾脏这种大器官,地球重力会造成细胞间的撕裂”,哈佛 大学一位研究员说,“生物3D打印的核心问题就是要解决生物材料和重力对3D打印细胞的影响”。
生物3D打印小型器官模型是可行的,一旦打印真实尺寸的器官模型,由于细胞间的支撑力和黏合力有限, 可能出现两个后果:一是下层细胞因受到上层细胞越来越大的压力而垮塌;一是即便没有垮塌,在转移过 程中,上层细胞也会因无法承受下层细胞的重量而产生撕裂。
总而言之,由于重力的存在,3D打印心脏的细胞间缺乏紧密联系,这会影响心脏的跳动,该心脏也就无 法具有正常的泵血功能。但是,即便重力问题解决了,心脏可以整齐跳动了,3D打印心脏仍有难题未能 克服——只有血液源源不断供给,打印的器官或组织才能长时间存活。如何建立血管网络,还没有明确的 答案,________________。心脏本身需要全身血液的10%左右来供养,一旦离开血液,所有器官都只能 在4℃低温的状态下“熬着”,如果打印细胞需要37℃体温,几乎没有时间完成打印,因为先打上的细胞在 打印还没完成时就会因缺氧而死去。这一切都还有待进一步研究。
58. 下列哪项不属于3D打印心脏未来需要着力解决的问题?
A.心肌细胞的共同收缩
B.打印器官的长期存活
C.支架填充细胞的获取
D.正常泵血功能的实现
【答案】C 【解析】 第一步,分析文章,将选项与原文一一对应。 第二步,辨析选项。A项符合原文,对应第四段“全体心肌细胞需要几乎同时收缩,才具有功能......但是即 便心脏被3D打印出来了,能不能跳是一回事,到底怎么跳则是另一回事”以及第五段“特拉维夫大学此次打 印出的心脏,还未能使大批细胞同步跳动并产生足够的力量”。B项符合原文,对应第八段“3D打印心脏仍 有难题未能克服——只有血液源源不断供给,打印的器官或组织才能长时间存活”。C项与原文不符,对应 第二段“这些由糖和蛋白质构成的材料能够用于3D打印复杂的组织模型,随后利用组织工程学的原理,在 支架中填充细胞,以此让细胞得以更好地再生”,为已经解决了的问题,并非未来需要解决的问题。D项符 合原文,对应第八段“总而言之,由于重力的存在,3D打印心脏的细胞间缺乏紧密联系,这会影响心脏的 跳动,该心脏也就无法具有正常的泵血功能”。 因此,选择C选项。
59. 根据文章,下列说法正确的是:
A.3D打印技术无法打印小型器官模型
B.3D打印心脏已开始应用于动物实验
C.目前的3D打印心脏可以跳动
D.心肌细胞难以在人体之外量产
【答案】C 【解析】 第一步,分析文章,将选项与原文一一对应。 第二步,辨析选项。A项不符合原文,对应第七段“生物3D打印小型器官模型是可行的”。B项不符合原文, 对应第五段“3D打印出的这颗心脏,距离应用于动物实验,也长路漫漫”。C项符合原文,对应第一段“该心 脏不仅具有外形,还有细胞、血管和其他支撑结构,甚至像心脏一样可以收缩”。D项不符合原文,对应第 四段“虽然在体外生产几千万个心肌细胞并不困难,但是即便心脏被3D打印出来了,能不能跳是一回事, 到底怎么跳则是另一回事”。 因此,选择C选项。
60. 文中提到的生物3D打印技术如果最终成熟,能为患有下列哪种疾病的病人带来福音?
A.尿毒症
B.白化病
C.登革热
D.红绿色盲
【答案】A 【解析】 第一步,分析文章,将选项与原文一一对应。 第二步,辨析选项。根据第二段“该实验中使用的‘打印原料’和‘黏合胶水’来源于患者自身,对于成功构建组 织和器官至关重要,这意味着因此打印出的心脏移植进本人身体后不会产生排异反应”和第六段“3D打印的 黏附力不足以支撑心脏或肾脏这种大器官,地球重力会造成细胞间的撕裂”可知,该项生物3D打印技术如 果最终成熟,能够打印心脏或肾脏这种大器官,成功构建组织和器官。A项“尿毒症”是各种肾脏病导致肾 脏功能渐进性不可逆性减退,直至功能丧失所出现的一系列症状和代谢紊乱所组成的临床综合征,简称慢 性肾衰。慢性肾衰的终末期即为人们常说的尿毒症,此症需要换肾,符合文意。B项“白化病”是遗传性白 斑病;D项“红绿色盲”是部分色盲,分为红色盲和绿色盲,为伴X染色体隐性遗传病。两项均为遗传病,不 符合文意。C项“登革热”是登革病毒经蚊媒传播引起的急性虫媒传染病,不符合文意。 因此,选择A选项。
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