据美国(guó)《每日科学(xué)》网(wǎng)站近日(rì)报道(dào),美国研究人员在《科学》杂志上撰文称,他们(men)使用(yòng)“悬浮水(shuǐ)凝胶自由形式可逆嵌入”(FRESH)技术,用胶原蛋白成(chéng)功(gōng)3D打印(yìn)出可正常工作(zuò)的心脏“零件”,这项突破性技术向3D打(dǎ)印全尺寸成(chéng)人(rén)心脏迈近了一步(bù)。
包括心(xīn)脏在内的所有人体器官,都构建在名为细胞(bāo)外基质(zhì)(ECM)的生物支(zhī)架上,过(guò)去科学家们尝试打印ECM,但一直受到组织(zhī)还原度和精细度低(dī)下的制约。
胶原蛋(dàn)白存在(zài)于人(rén)体的所有组织中,是一(yī)种非常理(lǐ)想(xiǎng)的3D打(dǎ)印(yìn)生物材料。但它(tā)一开始(shǐ)是液态的,在尝(cháng)试3D打印的过程中,会变(biàn)成类似果冻的胶质(zhì)。
研究人员开发了FRESH技术来防止其变形(xíng)。FRESH可以让(ràng)胶原蛋白在凝胶支撑(chēng)槽中逐(zhú)层叠加,然后通过从室温到体温的加热,把支撑(chēng)槽融化,从而得到一个完好的结构。这些结(jié)构的精细度可达20微米,可嵌入活体细胞和(hé)毛细血管。借助这(zhè)一方法,可设计打印从(cóng)毛(máo)细血管到整个器官的各种尺度的人类心(xīn)脏(zāng)组件。
该研究发现(xiàn)FRESH 3D生物打印的心脏准(zhǔn)确(què)地再现了由微型计算机断层扫描确定(dìng)的患者(zhě)特异性解剖结构。打(dǎ)印的人(rén)心肌细胞的心室显示同步收缩,定向动(dòng)作电位传播,以(yǐ)及在收缩峰值期间壁增厚达14%。
研(yán)究(jiū)人员还表(biǎo)示,新技术制(zhì)造(zào)出来的结(jié)构可以“大大提高细(xì)胞活力”,并促(cù)进(jìn)新血管的(de)生(shēng)成。从长(zhǎng)远(yuǎn)来看,这项技术将来有可能被(bèi)用于打印心(xīn)脏(zāng)或其他(tā)器官——全球有数(shù)百万人(rén)需要进行心脏移植。
当然,实现这一(yī)目标还面临(lín)诸多挑战,包括:生成(chéng)生物打(dǎ)印大型组织(zhī)所需的数(shù)十(shí)亿(yì)个(gè)细胞;遵守监管程序,以(yǐ)便在动物以及最(zuì)终在人身上(shàng)进行试验。