美国明尼苏(sū)达(dá)大学研究人员在(zài)最新(xīn)一(yī)期《循环(huán)研究》杂志上发表报告称(chēng),他们在(zài)实验室中用(yòng)人类(lèi)细胞3D打印(yìn)出(chū)了功能正常的厘米(mǐ)级人体(tǐ)心(xīn)脏肌(jī)泵模型。研究人员称,这种(zhǒng)能够发(fā)挥正常功(gōng)能(néng)的心脏肌泵模型系统对于心脏病研(yán)究来说具有重要意义(yì),而他们的成(chéng)果向制造人类心脏这(zhè)样的大(dà)型(xíng)腔(qiāng)室模型迈出了(le)关键一步。
使用3D生物打印技术制造类人(rén)体器官组(zǔ)织,是目前(qián)的一(yī)个研究热点。此前(qián),明尼苏达大学研究人员曾尝试利用人类(lèi)诱(yòu)导多能干细胞来打印心脏肌(jī)泵(bèng)模型。他们(men)将多(duō)能干细胞重新(xīn)编程为(wéi)心肌细胞,然后使用(yòng)专(zhuān)门的(de)3D打印机在三维结(jié)构中打印它们(men)。由(yóu)于不能达到使心肌细(xì)胞真正(zhèng)发挥作用的临界细胞密(mì)度,他们一直未能(néng)创(chuàng)建出具有正常功能的心脏肌泵模型。
此次,研(yán)究人员尝试了(le)一种新方法(fǎ)。他们(men)优化(huà)了由细(xì)胞外基质蛋白制成的(de)专用生物(wù)墨(mò)水,使其能(néng)够促进人类诱(yòu)导多能干细胞增殖和心肌(jī)细胞分(fèn)化,然后将这种生物墨水与人类(lèi)诱(yòu)导多能干细胞(bāo)混合在一起(qǐ),使用专门(mén)的(de)3D打印机打印出类(lèi)心脏腔室的(de)有孔结构。干细胞首先会在该结构中扩增,不断提高细胞密度,然后(hòu)再原位分化为心肌细胞(bāo)。利用这种方法,研究人员在不到一个月的时间内实现了提高心肌(jī)细胞密度的目标,从而(ér)使心脏(zāng)肌泵模型(xíng)具有了正常的心(xīn)肌功(gōng)能,能够(gòu)像人的心(xīn)脏(zāng)一样跳(tiào)动。
这(zhè)一心肌模(mó)型长(zhǎng)约(yuē)1.5厘米,是(shì)研究(jiū)人员专门设计的。这(zhè)样(yàng)的尺度(dù)很适合小鼠模型,可(kě)被放置于小鼠腹腔,用于(yú)进(jìn)行相关研究。
研究人员指(zhǐ)出,具有(yǒu)正常功能的心脏肌泵模型系统对于心脏(zāng)病研究(jiū)具有重要(yào)意义,他们的成果可能(néng)会对心脏研究产生变革性的影响。新模型会成为研究(jiū)心脏功能的宝贵工具,用于(yú)追踪心脏(zāng)结构在(zài)细胞(bāo)和分(fèn)子水平(píng)上(shàng)的变化,研究心脏病药(yào)物和疗法的效果。
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3D生物打印,其主旨就是为了(le)挽救(jiù)数百万(wàn)需要替换器官患者的生命。为了(le)避免宿主对器(qì)官产生排斥从而需要再次(cì)更换,科学家正在使(shǐ)用人类(lèi)细胞,尤其是患者自己的细(xì)胞进行人造器官打印。此(cǐ)次打印(yìn)出的心脏尺寸,是适用于(yú)小鼠模(mó)型(xíng)的(de),可(kě)能还(hái)需要(yào)很久,一个与(yǔ)人类心脏大小一致、功能(néng)相同并可(kě)消除排斥(chì)问(wèn)题的3D打印心脏(zāng)才可以真正为患(huàn)者所用,届(jiè)时我们(men)就可以说:3D生物打印技术(shù),真正填补(bǔ)了器官(guān)移植领(lǐng)域的(de)空(kōng)白(bái)。