心脏衰竭会使心肌受到严重的伤害，令心脏无法正常地泵出足够的血液来供应身体各个器官活动及代谢的需求，心脏因此渐渐变得肥大，进而失去心脏功能。先天性心脏病、后天性心脏病、心脏瓣膜病、心肌炎、心包炎等都是引起心脏衰竭的病因。
治疗这类疾病的常规办法是控制和医治导致心脏衰竭的原因，避免过度劳累，乳痈药物减少心脏负担等。对于严重的末期患者还需要接受心脏移植手术，但目前依靠供体移植的方法具有供源不充足、排异反应等局限性。
医学界治疗这类疾病的新方式是再生医学技术，具体来说是通过干细胞进行心脏修复，这一技术有望代替供体移植来治疗心脏衰竭疾病。那么，医生具体是使用什么方式将干细胞应用于心脏修复的呢？ 其中有一种方式就像是用补丁修复轮胎一样，即用人体干细胞培育出的心肌细胞制成补片，然后用补片对受损的心肌进行修复。
目前用补片进行心肌修复的技术还处于科学研究阶段，对于补片定制的经济性、便捷性并不是十分敏感，不过一旦这项技术走向成熟，就需要一种经济、快速、便捷的制造方式来定制化制作心脏补片，生物3D打印技术或将在其中发挥价值。
快速、易于定制的补片生物3D打印技术
美国一家生物企业BIOLIFE4D在今年5月通过生物3D打印机和干细胞制造出了用于心脏修复的补片。该公司称补片中包含组成人类心脏的多种细胞，而不仅仅是心肌细胞，还包括初步形成的血管。
3D打印的心脏补片可用于治疗急性心脏衰竭患者，帮助患者恢复失去的心肌收缩力。BIOLIFE4D公司表示，他们能够在短短几天内制造这种心脏补片，而以往科学文献中发表的论文所提及补片制造时间为6-8个月。随着补片制造规模的扩展，制造成本和时间将得到显著下降。
斯坦福大学心胸外科主任医学博士Joseph Woo表示，生物3D打印心脏补片的制造材料有多种，例如干细胞聚集体、含有蛋白质的凝胶。通过生物3D打印技术来减少补片制造所花费的时间，并提高精度和增加稳定性，将为心脏疾病治疗带来实质性好处。生物3D打印技术制造补片的便利性在于，通过更换打印材料和修改设计模型，可以在短时间内制造出不同的补片。
BIOLIFE4D还将这项技术的应用拓展至制造心脏瓣膜、血管、迷你心脏等更多的心脏再生产品。
3D打印补片背后的干细胞技术
生物3D打印是补片的其中一种制造方式，无论补片是用什么方式制造的，对心脏修复起到关键作用的都是干细胞技术。
BIOLIFE4D使用的干细胞采集于患者的血液样本，样品中的血细胞被转化为非特化成体诱导的多能干细胞（IPS），IPS可以转化为人体中几乎任何类型的细胞，在心脏补片的应用中，IPS干细胞被用转化为心肌细胞。
心肌细胞与带有营养物质的水凝胶相结合，制成打印“墨水”，以保持细胞在整个过程中的存活。然后将这种墨水装入能够在打印过程中维持细胞活性的生物3D打印机中，进行打印。
以上信息参考：BIOLIFE4D, Yahoo Finance
3D科学谷Review
根据3D科学谷市场观察，用IPS 干细胞和心肌细胞治疗心脏衰竭的技术已经进入到了临床试验阶段。近日，日本大阪大学的研究团队已获准进行IPS 干细胞对于心脏衰竭的临床治疗，研究团队的研究对象为3名心肌缺血患者，团队将在年内实施首例IPS 细胞心脏病治疗临床手术。大阪大学研究团队将为患者移植心肌膜，移植物是团队用利用他源IPS 细胞培育出的心肌细胞制成的，直径数厘米，厚0.1毫米，移植细胞会在3个月后消失，在此期间通过分泌蛋白质形成新的血管，促进患者的心肌再生。
3D科学谷了解到国际上对于生物3D打印技术和干细胞技术相结合治疗心脏疾病的探索是多样化的。通过其中两项研究成果，我们可以了解到3D打印技术所发挥的作用，以及科学家是如何设计3D打印定制化补片的。
- 伯明翰阿拉巴马大学的一个研究团队在Circulation 杂志中发表了研究成果，研究团队建立了一个三维的“补丁”，为再生新的心脏肌肉所需的细胞类型提供了三维生长环境。
- 由美国斯坦福大学、杜克大学和威斯康辛大学组成的研究团队也在尝试培育治疗心脏衰竭疾病的心脏补片，他们采用的方法是将超声波与核磁共振扫描技术相结合，定位心脏中的疤痕组织，并根据疤痕形状，利用3D打印制造任意形状或大小的定制化补片，最后由医生通过手术将补片附着在心脏上。由于心脏补片是具有心率跳动的活性补片，该技术的挑战在于如何使补片与心脏融为一体、保证同步跳动，因为一旦两者之间的电连接存在缺陷，便会激发心律失常。
在其他相关心脏疾病治疗方面，干细胞与3D打印相结合的技术也在发挥着作用。例如，美国佐治亚理工学院和埃默里大学生物医学工程系儿童心脏研究和结果中心(HeRO)主任迈克尔戴维斯，致力于利用先进技术解决儿科先天性心脏缺陷，特别是干细胞研究和3D打印技术，其中一个研究应用方向是利用这些技术来制作心脏瓣膜，瓣膜细胞是由患者自身的皮肤细胞诱导分化的。该技术对儿童先天性心脏病患者意义特殊，因为目前儿童患者正在接受动物瓣膜置换术，有时这些瓣膜太大，而且不能随着儿童患者一起生长，这意味着患者还需要再次接受手术进行瓣膜更换，并接受高剂量的免疫抑制剂，但干细胞技术与3D打印制造的瓣膜则有望为儿童患者提供一个可以生长的瓣膜。
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