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國科研人員:用膠原蛋白成功3D打印出可正常工作的心臟組織

國科研人員:用膠原蛋白成功3D打印出可正常工作的心臟組織


膠原蛋白存在于人體的所有組織中,是一種非常理想的3D打印生物材料。但它一開始是液態的,在嘗試3D打印的過程中,會變成類似果凍的膠質。

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據美國《每日科學》網站近日報道,美國研究人員在《科學》雜志上撰文稱,他們使用“懸浮水凝膠自由形式可逆嵌入”(FRESH)技術,用膠原蛋白成功3D打印出可正常工作的心臟“零件”,這項突破性技術向3D打印全尺寸成人心臟邁近了一步。
包括心臟在內的所有人體器官,都構建在名為細胞外基質(ECM)的生物支架上,過去科學家們嘗試打印ECM,但一直受到組織還原度和精細度低下的制約。
膠原蛋白存在于人體的所有組織中,是一種非常理想的3D打印生物材料。但它一開始是液態的,在嘗試3D打印的過程中,會變成類似果凍的膠質。
研究人員開發了FRESH技術來防止其變形。FRESH可以讓膠原蛋白在凝膠支撐槽中逐層疊加,然后通過從室溫到體溫的加熱,把支撐槽融化,從而得到一個完好的結構。這些結構的精細度可達20微米,可嵌入活體細胞和毛細血管。借助這一方法,可設計打印從毛細血管到整個器官的各種尺度的人類心臟組件。
該研究發現FRESH 3D生物打印的心臟準確地再現了由微型計算機斷層掃描確定的患者特異性解剖結構。打印的人心肌細胞的心室顯示同步收縮,定向動作電位傳播,以及在收縮峰值期間壁增厚達14%。
研究人員還表示,新技術制造出來的結構可以“大大提高細胞活力”,并促進新血管的生成。從長遠來看,這項技術將來有可能被用于打印心臟或其他器官——全球有數百萬人需要進行心臟移植。
當然,實現這一目標還面臨諸多挑戰,包括:生成生物打印大型組織所需的數十億個細胞;遵守監管程序,以便在動物以及最終在人身上進行試驗。

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