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生物墨水又添新技能，心臟瓣膜受損也能通過(guò)3D打印修復(fù)

文章來(lái)源：賢集網(wǎng)發(fā)布日期：2022-06-13瀏覽次數(shù)：97
開(kāi)發(fā)了一套新的心臟工程技術(shù)，使他們能夠模仿人類(lèi)心臟收縮元素的排列。


利用包含可收縮器官構(gòu)建塊 (OBB) 和患者特異性干細(xì)胞的生物墨水，該團(tuán)隊(duì)能夠生物打印出具有與實(shí)際人類(lèi)心肌層相似的，復(fù)雜多變排列的心臟組織薄片。


未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)的進(jìn)展可以開(kāi)發(fā)出具有更多生理收縮特性的厚多層人體肌肉組織，并有可能為 3D 打印心臟組織替代物鋪平道路。





能夠有效地模擬心臟收縮系統(tǒng)，在從單個(gè)細(xì)胞到由多層組成的較厚心臟組織的整個(gè)層次結(jié)構(gòu)中的排列，對(duì)于生成用于替代治療的功能性心臟組織至關(guān)重要。


Wyss 研究所多年來(lái)一直在開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的生物打印技術(shù)和組織工程技術(shù)。一段時(shí)間以來(lái)，該團(tuán)隊(duì)一直在研究生物打印心臟組織，早在 2018 年就創(chuàng)建了一個(gè) 3D 打印工作流程來(lái)預(yù)測(cè)人造心臟瓣膜的性能。一年后，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了他們的新型犧牲墨水書(shū)寫(xiě)技術(shù)，稱(chēng)為 SWIFT（犧牲書(shū)寫(xiě)進(jìn)入功能性組織）以 3D 打印大型帶血管的人體 OBB。


該團(tuán)隊(duì)能夠創(chuàng)造出在 7 天內(nèi)同步融合和跳動(dòng)的心臟組織，并在其研究中擴(kuò)展了這一成就。





Wyss Institute 團(tuán)隊(duì)的研究建立在其 SWIFT 生物打印平臺(tái)之上。該方法利用由人類(lèi)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (hiPSCs-CM) 制成的預(yù)組裝 OBB，使用犧牲墨水產(chǎn)生支持血液的血管網(wǎng)絡(luò)。利用該平臺(tái)復(fù)雜的 3D 生物打印功能，科學(xué)家們能夠創(chuàng)建具有正常心臟組織典型高細(xì)胞密度的心臟組織結(jié)構(gòu)。


為了還控制心臟組織工程層的定向收縮性，設(shè)計(jì)了一種策略來(lái)編程 iPSC-CM 在開(kāi)發(fā) OBB 中的平行排列。





為了制造富含細(xì)胞的生物墨水，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)平臺(tái)，該平臺(tái)有 1050 個(gè)孔，每個(gè)孔包含兩個(gè)微柱。然后，他們通過(guò)含有人類(lèi)成纖維細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 蛋白膠原蛋白的混合物將 hiPSCs-CMs 接種到孔中，這兩者對(duì)于心肌發(fā)育都是必不可少的。


當(dāng)細(xì)胞壓縮 ECM 時(shí)，它們形成致密的微組織，其中心肌細(xì)胞及其細(xì)胞收縮機(jī)制沿著連接微柱的軸定向。然后將能夠在一個(gè)主要方向收縮的 OBB 從微柱上抬起并用作生物打印過(guò)程的原料。


實(shí)驗(yàn)表明，可以通過(guò) 3D 打印對(duì)齊各向異性的軟材料，這一原理也可以應(yīng)用于心臟微組織。


為了展示他們的技術(shù)，科學(xué)家們用線(xiàn)性、螺旋和 V 形幾何形狀對(duì)心臟組織薄片進(jìn)行了 3D 生物打印，其中 OBB 顯示出顯著的對(duì)齊。


一旦對(duì)充滿(mǎn) OBB 的心臟組織層進(jìn)行了生物打印，該團(tuán)隊(duì)就試圖測(cè)量結(jié)構(gòu)的收縮特征。研究人員 3D 打印了連接兩個(gè)大柱的長(zhǎng)長(zhǎng)絲，在生物墨水配制過(guò)程中采用了與 OBB 生成步驟類(lèi)似但規(guī)模更大的方法。


該團(tuán)隊(duì)能夠測(cè)量大柱偏轉(zhuǎn)以確定大絲產(chǎn)生的收縮力，并發(fā)現(xiàn)組織的收縮力和收縮速度在 7 天內(nèi)增加。簡(jiǎn)而言之，3D 打印的組織繼續(xù)成熟為實(shí)際的肌肉狀細(xì)絲。


通過(guò) SWIFT，我們希望解決細(xì)胞密度和組織規(guī)模問(wèn)題，現(xiàn)在，通過(guò)編程對(duì)齊，旨在模仿心肌的微結(jié)構(gòu)。一次一項(xiàng)創(chuàng)新，更接近于設(shè)計(jì)用于修復(fù)或替換的功能性心臟組織。


雖然組織工程工作的圣杯將是整個(gè)器官心臟移植，但可以為更直接的應(yīng)用做出貢獻(xiàn)，它可以用來(lái)生成更多的生理疾病模型，并創(chuàng)建高度結(jié)構(gòu)化的心肌貼片，就像樂(lè)高積木一樣，可以匹配并用于替換心臟病發(fā)作后患者特定的疤痕。同樣，它們可以被定制以修補(bǔ)患有先天性心臟缺陷的新生兒心臟中特定于患者的漏洞。