生物墨水又添新技能，心脏瓣膜受损也能通过3D打印修复
文章来源：贤集网发布日期：2022-06-13浏览次数：77 开发了一套新的心脏工程技术，使他们能够模仿人类心脏收缩元素的排列。
利用包含可收缩器官构建块 (OBB) 和患者特异性干细胞的生物墨水，该团队能够生物打印出具有与实际人类心肌层相似的，复杂多变排列的心脏组织薄片。
未来，该团队的进展可以开发出具有更多生理收缩特性的厚多层人体肌肉组织，并有可能为 3D 打印心脏组织替代物铺平道路。
能够有效地模拟心脏收缩系统，在从单个细胞到由多层组成的较厚心脏组织的整个层次结构中的排列，对于生成用于替代治疗的功能性心脏组织至关重要。
Wyss 研究所多年来一直在开发创新的生物打印技术和组织工程技术。一段时间以来，该团队一直在研究生物打印心脏组织，早在 2018 年就创建了一个 3D 打印工作流程来预测人造心脏瓣膜的性能。一年后，科学家们开发了他们的新型牺牲墨水书写技术，称为 SWIFT（牺牲书写进入功能性组织）以 3D 打印大型带血管的人体 OBB。
该团队能够创造出在 7 天内同步融合和跳动的心脏组织，并在其研究中扩展了这一成就。
Wyss Institute 团队的研究建立在其 SWIFT 生物打印平台之上。该方法利用由人类诱导多能干细胞 (hiPSCs-CM) 制成的预组装 OBB，使用牺牲墨水产生支持血液的血管网络。利用该平台复杂的 3D 生物打印功能，科学家们能够创建具有正常心脏组织典型高细胞密度的心脏组织结构。
为了还控制心脏组织工程层的定向收缩性，设计了一种策略来编程 iPSC-CM 在开发 OBB 中的平行排列。
为了制造富含细胞的生物墨水，该团队开发了一个平台，该平台有 1050 个孔，每个孔包含两个微柱。然后，他们通过含有人类成纤维细胞和细胞外基质 (ECM) 蛋白胶原蛋白的混合物将 hiPSCs-CMs 接种到孔中，这两者对于心肌发育都是必不可少的。
当细胞压缩 ECM 时，它们形成致密的微组织，其中心肌细胞及其细胞收缩机制沿着连接微柱的轴定向。然后将能够在一个主要方向收缩的 OBB 从微柱上抬起并用作生物打印过程的原料。
实验表明，可以通过 3D 打印对齐各向异性的软材料，这一原理也可以应用于心脏微组织。
为了展示他们的技术，科学家们用线性、螺旋和 V 形几何形状对心脏组织薄片进行了 3D 生物打印，其中 OBB 显示出显着的对齐。
一旦对充满 OBB 的心脏组织层进行了生物打印，该团队就试图测量结构的收缩特征。研究人员 3D 打印了连接两个大柱的长长丝，在生物墨水配制过程中采用了与 OBB 生成步骤类似但规模更大的方法。
该团队能够测量大柱偏转以确定大丝产生的收缩力，并发现组织的收缩力和收缩速度在 7 天内增加。简而言之，3D 打印的组织继续成熟为实际的肌肉状细丝。
通过 SWIFT，我们希望解决细胞密度和组织规模问题，现在，通过编程对齐，旨在模仿心肌的微结构。一次一项创新，更接近于设计用于修复或替换的功能性心脏组织。
虽然组织工程工作的圣杯将是整个器官心脏移植，但可以为更直接的应用做出贡献，它可以用来生成更多的生理疾病模型，并创建高度结构化的心肌贴片，就像乐高积木一样，可以匹配并用于替换心脏病发作后患者特定的疤痕。同样，它们可以被定制以修补患有先天性心脏缺陷的新生儿心脏中特定于患者的漏洞。
