科学家们首次3D打印全面运作的心脏组件

匹兹堡卡内基梅隆大学的研究人员开发出一种新的3D生物打印方法，可以产生心脏的任何部分，从微小的毛细血管到全面的心脏成分。使用人体心肌细胞，团队甚至可以建立一个收缩的结构。功能与真心相似。

“我们展示的是，我们可以将细胞和胶原蛋白的碎片打印成真正起作用的部分，如心脏瓣膜或小搏动心室，”生物医学工程师Adam Feinberg说，他的实验室进行了这项研究。

胶原蛋白是维持结构完整性的主要蛋白质构成各种身体器官的特化细胞通过称为细胞外基质的蛋白质网络结合在一起。

胶原蛋白是一种在这种结构完整性中起关键作用的主要蛋白质，对于从事3D生物打印机工作的工程师来说，它是一种非常理想的生物材料。然而，事实证明它很难打印，因为它最初是一种流体，所以在空气中打印它只会在打印平台上形成一个水坑。

Andrew Hudson及其同事开发的技术采用了支持水凝胶，可以阻止胶原蛋白变形。“事实上，到目前为止，3D生物打印通常仅限于非常薄且非常小的支架。在我们的工作中，我们通过在“支撑”凝胶内部进行3D生物打印来解决这个问题，该凝胶可防止细胞和水凝胶(类似于明胶)坍塌，“Feinberg说。

研究人员表示，使用这项新技术，有史以来第一次可以3D打印胶原蛋白，同时可以轻松打印金属，塑料和其他材料。“能够做到这一点意味着我们现在可以打印实际具有生物功能的支架和组织，”Feinberg说。一种新技术

该技术称为FRESH(用于悬浮水凝胶的自由形式可逆嵌入)，于2015年首次提出，但现在已经改进，使用pH值的变化来组装胶原蛋白并迫使其固化。

该技术通过从打印机中的针头挤出含有未改性胶原蛋白的生物粉末来工作，该针头包含由明胶微粒组成的浴，其在打印期间用作支撑物。针挤出薄层胶原蛋白并将它们沉积在每个上面以形成3D固体结构。

一旦打印完成，研究人员通过简单地将其加热至室温来移除支持的水凝胶，其轻轻地熔化支撑物并使印刷的胶原结构留在原位。

创建有效的心脏血管，瓣膜和心室研究人员表示，该技术可以产生复杂的，概念验证的功能性架构，可以嵌入活细胞或血管样网络，分辨率高达20微米。

使用心肌细胞(心肌细胞)和心脏成像数据，他们能够重建血管，打开和关闭的心脏瓣膜以及同步收缩的心室和特定方向的传播动作电位 - 就像真正的心室一样。在收缩高峰期，印刷心脏的壁也增厚了14%，再次类似于真实器官中发生的情况。

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