注入纖維的墨水使 3D 打印的心肌能夠跳動(dòng)

在過去的十年中，3D 打印的進(jìn)步為生物工程師構(gòu)建心臟組織和結(jié)構(gòu)帶來了新的可能性。他們的目標(biāo)包括創(chuàng)建更好的體外平臺(tái)，以發(fā)現(xiàn)心臟病的新療法，心臟病是美國的主要死亡原因，約占全國五分之一的死亡人數(shù)，并使用 3D 打印的心臟組織來評(píng)估哪些治療方法可能最有效在個(gè)別患者中。

更遙遠(yuǎn)的目標(biāo)是制造可植入的組織，可以治愈或替換患者心臟內(nèi)有缺陷或患病的結(jié)構(gòu)。

在《自然材料》上發(fā)表的論文中。哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 (SEAS) 的研究人員報(bào)告稱，他們開發(fā)出了一種注入明膠纖維的新型水凝膠墨水，可以通過 3D 打印功能性心室來模仿人類心臟的跳動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn)，纖維注入凝膠(FIG)墨水可以讓心肌細(xì)胞打印成心室形狀，像人類心室一樣排列和協(xié)調(diào)跳動(dòng)。

SEAS 研究員、該論文的第一作者 Suji Choi 表示：“人們一直在嘗試復(fù)制器官結(jié)構(gòu)和功能，以測(cè)試藥物的安全性和有效性，以此來預(yù)測(cè)臨床環(huán)境中可能發(fā)生的情況。”但到目前為止，僅靠 3D 打印技術(shù)還無法實(shí)現(xiàn)心肌細(xì)胞的生理相關(guān)排列，心肌細(xì)胞負(fù)責(zé)以協(xié)調(diào)的方式傳輸電信號(hào)以收縮心肌。

“我們啟動(dòng)這個(gè)項(xiàng)目是為了解決生物組織 3D 打印的一些不足之處，”塔爾家族生物工程和應(yīng)用物理學(xué)教授、SEAS 疾病生物物理學(xué)組負(fù)責(zé)人、資深作者 Kevin“Kit”Parker 說。

創(chuàng)新在于在可印刷油墨中添加纖維。Choi 說：“FIG 墨水能夠流過打印噴嘴，但一旦打印出結(jié)構(gòu)，它就會(huì)保持其 3D 形狀。”“由于這些特性，我發(fā)現(xiàn)無需使用額外的支撐材料或支架即可打印心室樣結(jié)構(gòu)和其他復(fù)雜的 3D 形狀。”

為了制造FIG墨水，Choi利用了Parker實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的旋轉(zhuǎn)噴射紡絲技術(shù)，該技術(shù)使用類似于棉花糖紡絲的方法來制造超細(xì)纖維材料。該論文的合著者、博士后研究員 Luke MacQueen 提出了這樣的想法：通過旋轉(zhuǎn)噴射紡絲技術(shù)制造的纖維可以添加到墨水中并進(jìn)行 3D 打印。

Parker 表示：“當(dāng) Luke 提出這個(gè)概念時(shí)，他的愿景是通過將底部降低至納米尺度，擴(kuò)大 3D 打印機(jī)可打印的空間尺度范圍。”“通過旋轉(zhuǎn)噴射紡絲而不是靜電紡絲生產(chǎn)纖維的優(yōu)點(diǎn)”(一種更傳統(tǒng)的生產(chǎn)超細(xì)纖維的方法)“是我們可以使用否則會(huì)被靜電紡絲電場(chǎng)降解的蛋白質(zhì)。”

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