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真正的“三维打印心脏”离我们有多远?

????卡内基梅隆大学的研究人员开发了一种生物3D胶原蛋白技术,可以构建人体心脏的所有功能成分。(图:卡内基梅隆大学工程学院)

????写作孙一丹唐培兰

????8月2日,美国卡内基梅隆大学的亚当·范伯格领导的一个小组在《科学》杂志上发表的一项研究中宣布,该小组设计了一个全新的2.0打印系统,并通过该技术成功地获得了一个收缩的左心室。

8 yue 2 ri, mei guo ka nei ji mei long da xue de ya dang fan bo ge ling dao de yi ge xiao zu zai ke xue za zhi shang fa biao de yi xiang yan jiu zhong xuan bu, gai xiao zu she ji le yi ge quan xin de 2. da yin xi tong, bing tong guo gai ji shu cheng gong di huo de le yi ge shou suo de zuo xin shi.

????“这是Bio-3D打印技术对再生医学和器官重建科学发展的重要贡献。”清华大学机械工程系教授孙伟告诉知识分子,功能性心肌的构建有血管通道的组织一直是心肌组织工程的难点。这一创新证明,3D打印技术可以通过微通道构建心肌组织,通过皮下培养形成血管内通道,在外界刺激下实现功能收缩。

????近年来,随着技术的发展和油墨种类的丰富,3D打印技术在服装玩具、汽车、航天材料等领域得到了越来越多的应用。利用细胞、生长因子等生物活性物质作为水凝胶中的“墨水”,药物和制造器官的研究和开发开始出现“三维生物打印”。实验成功地利用三维生物打印软骨组织修复关节软骨缺损。但到目前为止,利用三维打印技术构建功能完整的器官仍然是不可能的。

????2019年4月,特拉维夫大学(TAU)的TAL DVIR团队利用添加到细胞质基质中的水凝胶中的患者组织加工获得的心脏细胞和内皮细胞,创建了世界上第一个樱桃大小的3D打印心脏。然而,孙伟评论说,心脏“似乎不是神性的”,也没有心脏的生理功能。

????在最新的研究中,亚当·范伯格的团队设计了一个全新的2.0打印系统。利用心肌细胞和胶原的打印策略,制作了左心室模型。进一步分析模型的功能,观察电生理行为及与心律失常相关的心室收缩。

????Fresh 2.0印刷系统基于胶原蛋白的成功使用。胶原在维持细胞结构、提供粘附和传递细胞质基质信号中起着重要作用,是一种理想的支架材料。

????研究人员利用酸碱度的变化来驱动生物材料的自组装,从而改善了水凝胶中生物材料的组装机理。与传统的热驱动相比,酸碱驱动组件解决了传统水凝胶支撑力不足、柔软的问题,使胶原蛋白浓度更高,增强了机械性能。性能更利于复杂结构的制造。不仅如此,研究人员改进了凝胶颗粒的生产工艺,减少了凝胶颗粒的直径和分散度,并将凝胶颗粒的形状调整成均匀的球形形状,从而提高了印刷分辨率一个数量级。这两个改进实现了水凝胶中精确胶原蛋白的打印。

????为了验证Fresh 2.0打印系统的功能,研究人员首先将打印材料植入小鼠皮下,结果表明,该系统可以生成完整的血管网络。打印出收缩左心室和三尖瓣,显示人体胶原结构的机械完整性。灌注证实血管网通畅。最后,打印出具有新生儿比例的人心脏胶原模型,验证了Fresh 2.0打印大结构的能力。

????那么,这是否证明了Fresh 2.0可以打印出功能齐全的心脏?AdamFeinberg说还有许多挑战需要克服,比如印刷所需的数十亿个细胞。目前,Fresh 2.0作为一种印刷系统,具有建模能力,有潜力成为研究器官结构、机械强度和生物学特性的有力工具。

????对于未来的心脏三维打印,孙伟说,“我们可能永远不会指望三维打印能直接打印出具有生理功能的心脏。”你为什么这么说?

????孙伟补充说,随着生物3D打印技术的发展、新型生物墨水的使用以及干细胞和细胞生物学的突破,利用生物3D打印技术打印出心脏再生所需的生物模型是可能的,在此基础上,通过CRO细胞生物学与发育生物学的S融合

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发布时间:05:52:16

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防御类股下滑,标普公用事业股指数、地产股指数和必需消费品类股指数全线下跌。

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(责任编辑:张雅洁 HF083)

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