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3D生物打印再立新功!美国科学家成功打印柔软的全尺寸心脏模型

2020-11-21 11:43 前瞻网   

 

3D生物打印再立新功!美国科学家成功打印柔软的全尺寸心脏模型

近日,美国化学学会发布的一段视频展示全球第1个全尺寸3D生物打印的人体心脏模型,它利用一台特制的3D打印机,依照核磁共振数据制程,逼真地模拟了心脏组织。

大医院通常有3D打印病人身体模型的设施,供外科医生现场使用,然而这些组织和器官只能用硬塑料或橡胶建模。

此前,费恩伯格实验室发明了新的3D生物打印技术,以满足人们对3D打印软性聚合物的需求。这种软性聚合物缺乏刚度,无法像普通3D打印物一样支撑起来。

因此,这种叫FRESH 3D的打印技术使用针头将生物墨水注入水凝胶中,让水凝胶在打印时起到支撑作用。一旦完成,只需要简单加热,水凝胶就会融化,只留下3D生物打印的物体。

新的3D打印心脏则是由一种叫做褐藻酸盐的柔软天然聚合物制成的,它的特性与真正的心脏组织相似。对于外科医生来说,这使得模型能够被创造出来,可以切割,缝合,并且可以像真实的心脏一样进行操作。

这次另一个的突破是打印全尺寸人类心脏,需要一个足够大的定制3D打印机,并且对软件进行调整,以保持打印速度和保真度。

过去,研究人员曾尝试过用多能干细胞3D打印出心肌细胞。他们将干细胞重新编程为心肌细胞,然后使用专门的3D机,将其在一个被称为细胞外基质的三维结构中打印出来。但问题是,至今没有实验能无法达到心肌细胞真正发挥功能的临界细胞密度。

而在今年7月,在一项突破性的新研究中,明尼苏达大学的研究人员在实验室中3D打印出一个厘米级的人体心脏泵。

他们的目标和方法都和这次研究不同。他们的目标不是打印出和心脏一样大小的操作用具,而是从细胞开始,重现活的心脏。

研究团队一开始也采用传统的方式3D打印心肌细胞,不出意料遭到了失败。为此,他们优化了由细胞外基质蛋白制成的专用墨水,将墨水与人类干细胞结合,并使用ink plus细胞对腔结构进行3D打印。首先将干细胞在结构中扩展到高密度,然后再将其分化为心肌细胞。”

这个团队实现了人类有史以来首次在不到1个月时间内实现高细胞密度,使细胞能够像人类心脏一样一起跳动。

值得一提的是,在心脏之前,3D打印已经可以制造其他的许多器官了。

比如说今年2月,加拿大的一组研究人员使用使用一种以纤维蛋白为基础的生物墨水,与间充质基质细胞(MSCs)一起注入皮肤创口,再用一种自己设计的手持3D打印机,可以直接在伤口上“打印”新的皮肤细胞来治疗严重的烧伤。

之后的6月,中国四川大学研究团队将由水凝胶颗粒和软骨细胞组成的“生物墨水”注射到老鼠的背部,然后在墨水上投射出耳朵形状的近红外光。光使水凝胶颗粒粘在一起,层层发展成耳状结构。在接下来的1个月里,软骨细胞在水凝胶结构的周围生长,最终形成类似于真正的人类耳朵的软骨结构。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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