3D打印出可正常工作的人体心脏组织

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科技日报北京8月5日电 (记者刘霞)据美国《每日科学》网站近日报道,美国研究人员在《科学》杂志上撰文称,他们使用“悬浮水凝胶自由形式可逆嵌入”(FRESH)技术,用胶原蛋白成功3D打印出可正常工作的心脏“零件”,这项突破性技术向3D打印全尺寸成人心脏迈近了一步。

包括心脏在内的所有人体器官,都构建在名为细胞外基质(ECM)的生物支架上,过去科学家们尝试打印ECM,但一直受到组织还原度和精细度低下的制约。

胶原蛋白存在于人体的所有组织中,是一种非常理想的3D打印生物材料。但它一开始是液态的,在尝试3D打印的过程中,会变成类似果冻的胶质。

研究人员开发了FRESH技术来防止其变形。FRESH可以让胶原蛋白在凝胶支撑槽中逐层叠加,然后通过从室温到体温的加热,把支撑槽融化,从而得到一个完好的结构。这些结构的精细度可达20微米,可嵌入活体细胞和毛细血管。借助这一方法,可设计打印从毛细血管到整个器官的各种尺度的人类心脏组件。

该研究发现FRESH 3D生物打印的心脏准确地再现了由微型计算机断层扫描确定的患者特异性解剖结构。打印的人心肌细胞的心室显示同步收缩,定向动作电位传播,以及在收缩峰值期间壁增厚达14%。

研究人员还表示,新技术制造出来的结构可以“提高细胞活力”,并促进新血管的生成。从长远来看,这项技术将来有可能被用于打印心脏或其他器官——全球有数百万人需要进行心脏移植。

当然,实现这一目标还面临诸多挑战,包括:生成生物打印大型组织所需的数十亿个细胞;遵守监管程序,以便在动物以及最终在人身上进行试验。

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