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真实现了!科学家3D打印出会跳动的心脏

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一种史无前例的技术方法,它使得组织工程学向着3D 打印出全尺寸的成人心脏又迈进了一大步。

卡内基梅隆大学的研究人员于8 月2 日在Science 杂志上发表了一篇论文,介绍了一种新的、采用胶原蛋白来3D 生物打印出人体组织结构的技术。其中所使用的打印材料胶原蛋白,正是人体的主要结构蛋白。

在该研究中, 论文的第一作者Andrew Lee 和他的同事, 采用心肌细胞和胶原蛋白双材料的打印策略,打印出一个左心室模型,并进一步分析了该模型的功能,观察到了心率失常相关的电生理行为和心室收缩现象。他们甚至进一步打印出相当于新生儿的人体心脏胶原模型,证明了FRESH2.0 打印大型结构的能力。

把细胞和胶原蛋白作为“墨水”

这项技术被其研究团队称为“悬浮水凝胶的自由可逆嵌入”,经过了4 年多的不断改良和研发,到了FRESH v2.0 版本, 3D 生物打印技术利用pH 值的快速变化,可使挤压出的胶原蛋白凝固,并实现精确控制。

FRESH v2.0 的3D 生物打印技术可以创建出拥有复杂功能的组织结构,并能将其进一步嵌入活细胞或复杂的血管系统中,其打印分辨率可达10 μm 。 Lee 和他的同事用这种方法,可以完全依靠胶原蛋白和人体细胞来制造出人类心脏的各个部分,包括心脏组织、收缩心室,甚至是新生儿尺寸的心脏。

创新的打印技术

人体的每一个器官,都是由一种叫做细胞外基质的生物支架,将各种特殊的细胞组成在一起的。这种ECM 蛋白网络可以提供人体细胞正常功能运转所需的结构和生化信号。这个ECM 架构如此复杂,以至到目前为止,研究人员还没有发现任何使用传统的生物制造方法来重建的可能。

传统方法遇阻,很多科研人员都转向3D 生物打印的研究,以期获得突破。

卡内基梅隆大学材料科学与工程、生物医学工程教授Adam Feinberg 说:“我们的研究团队已经证明了,我们可以采用心脏的细胞和胶原蛋白来打印出部分心脏,这是拥有真正心脏功能的部分,比如一个心脏瓣膜或者一个跳动的心室。” Adam Feinberg 也是这项研究的指导者。

“通过使用人类心脏的MRI 数据,我们能够准确地重现被检测者的特定解剖结构、 3D 生物打印的胶原蛋白和人类心脏细胞。” Adam Feinberg 如此表示。

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