注入纖維的墨水使3D打印心肌能夠跳動

導讀：心臟病在全球是一個主要的死因之一,。美國疾病控制與預防中心（CDC）表示,，心血管疾病在美國發(fā)病率極高,，每33秒就有一人死于心血管疾病,。2021年,，心血管疾病造成的死亡人數(shù)約占總數(shù)的五分之一,，達到約69.5萬人,。因此，對心臟病的治療研究變得尤為迫切,。

△使用注入了纖維的墨水進行3D打印,，成功模擬了心肌的跳動

2023年8月14日，南極熊獲悉，哈佛大學的科學家在生物打印領域取得了重大突破,。該團隊宣稱,，通過將特殊纖維注入墨水，成功地3D打印出一個能夠模仿人類心臟跳動的功能性心室,。

這項技術(shù)的核心是注入明膠纖維的水凝膠,。使用旋轉(zhuǎn)噴射紡絲技術(shù)生產(chǎn)出一片紡絲纖維，然后將其切割成微米尺寸的纖維,，然后分散到水凝膠中,。打印出所需的結(jié)構(gòu)后（考慮到纖維排列），發(fā)現(xiàn)心肌細胞（負責在心肌中攜帶收縮信號的細胞）沿著如此布置的圖案排列,，最終形成能夠有組織收縮的心肌,。

該技術(shù)的關鍵信息
●研究人員創(chuàng)造了一種新型水凝膠墨水，能夠用于實現(xiàn)功能性心室的3D打印,。
●關鍵是在可打印油墨中添加明膠纖維,。
●該研究小組發(fā)現(xiàn)，通過控制心肌細胞的打印方向,，他們還能夠控制心肌細胞的排列方式,。

△在另一個項目中，哈佛大學研究人員利用3D打印技術(shù)開發(fā)的合成心臟瓣膜

3D打印與生物醫(yī)療發(fā)展

這并不是生物打印首次用于器官制造,。由于器官捐贈的短缺,，每天至少有17人在等待器官移植時喪生，盡管2022年發(fā)生了超過42萬例器官移植手術(shù),。為了解決這一挑戰(zhàn),，生物打印技術(shù)應運而生，它可以使用真實的細胞打印出活體器官部件,。盡管研究仍在不斷進行中,，但其可行性仍然存在一定難題。然而,，通過成功地創(chuàng)建具有真實跳動功能的心臟組織,，我們不僅可以制造用于研究的3D打印組織，還可能邁向能夠打印整個功能性心臟器官的新階段,。

SEAS研究員,、論文第一作者Suji Choi解釋道：“人們一直試圖復制器官的結(jié)構(gòu)和功能，以測試藥物的安全性和有效性,，從而預測可能在臨床環(huán)境中出現(xiàn)的情況,。這種特殊的墨水可以流經(jīng)打印噴嘴，但一旦打印出結(jié)構(gòu),，它將保持其3D形狀,。正因為這些特性,，我發(fā)現(xiàn)我們可以打印出類似心室的結(jié)構(gòu)以及其它復雜的3D形狀，而無需使用額外的支撐材料或支架,�,！�

△該研究題目為“注入纖維的凝膠支架引導3D打印心室中的心肌細胞排列”（傳送門）

開發(fā)可用的3D打印心臟

哈佛大學John A. Paulson工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員，展示了他們?nèi)绾伍_發(fā)一種名為注入凝膠（FIB）墨水的新型水凝膠墨水,，其中注入了明膠纖維,。

這種墨水被用于實現(xiàn)功能性心室的3D打印，甚至可以模仿真實人類心臟的跳動,。與其它墨水不同,，該墨水通過噴嘴打印，由于含有纖維,，結(jié)構(gòu)在打印后能夠立即保持其3D形狀,，無需額外的支撐材料或腳手架。

此外,，該團隊可以控制打印方向,，以控制心肌細胞的排列方式。在施加電刺激后,，這個結(jié)構(gòu)會觸發(fā)與纖維方向一致的協(xié)調(diào)收縮波,，類似于泵送。雖然這個版本相對簡化且小型化,，但研究人員正在努力構(gòu)建更具厚度的,、更逼真的心臟組織。目前,，3D打印的心室已能夠泵送比以前的3D打印心臟多5至210倍的液體量,，為構(gòu)建心臟瓣膜、雙腔微型心臟等開辟了新途徑,。

該論文的資深作者,、塔爾家族生物工程和應用物理學教授、SEAS疾病生物物理學組負責人Kevin “Kit” Parker總結(jié)道：“FIB只是我們?yōu)樵霾闹圃扉_發(fā)的一種工具,。隨著我們繼續(xù)探索構(gòu)建用于再生治療的人體組織,，我們正在開發(fā)其他方法。我們的目標不是被工具所驅(qū)動,，而是在尋找更優(yōu)構(gòu)建生物學方法的過程中，我們與工具相輔相成,�,！�