3D生物打印在打印人類心臟的功能性部件血管、瓣膜和心室搏動的應用

人造器官再現(xiàn)奇跡

科學家打印出會跳動的心

近期，美國卡耐基梅隆大學（CMU）的研究人員找到了解決方案。他們開發(fā)了一種叫做Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels（FRESH）技術，以膠原蛋白為生物墨水，3D生物打印了人類心臟的功能性部件（血管、瓣膜和心室搏動），并實現(xiàn)了前所未有的分辨率和保真度。相關研究結果發(fā)表在《Science》雜志上。
 

在最新的研究中，F(xiàn)einberg實驗室開發(fā)的FRESH 3D生物打印方法允許膠原蛋白在支持凝膠中逐層沉積，使膠原蛋白有機會在從支持凝膠中取出之前固化。使用FRESH技術，打印完成后，通過將凝膠從室溫加熱至體溫，即可將支持凝膠融化。這樣，研究人員就可以在不破壞膠原蛋白或細胞打印結構的前提下移除支持凝膠。
 

▲卡內(nèi)基梅隆大學研究人員開發(fā)出一種3D生物打印膠原蛋白技術，可以制造人體心臟的全功能成分。

（ 圖片來源：CMU ）
 

FRESH這種方法對于3D生物打印領域來說是非常令人興奮的，因為它允許膠原支架打印大尺寸的人體器官。而且它不限于膠原蛋白，纖維蛋白、藻酸鹽、透明質酸等多種軟性生物材料均可作為生物墨水。通過FRESH技術進行3D生物打印，為組織工程提供了一個強大且適應性強的平臺。更重要的是，研究人員還做了開源設計，這樣任何人都可以構建并獲得低成本、高性能的3D生物打印機。
 

Feinberg表示，近期會進行例如因心臟病或肝臟受損而喪失功能的心臟修補工作。展望未來，從傷口修復到器官生物工程，F(xiàn)RESH在再生醫(yī)學的許多方面都會有所應用。目前仍然存在的挑戰(zhàn)是打印大型組織需要數(shù)十億的細胞，如何實現(xiàn)制造規(guī)模以及遵循監(jiān)管程序，以便能在動物和人類中進行測試。
 

盡管任重道遠，但我們距離實現(xiàn)3D生物打印全尺寸人類心臟的夢想又近了一步。

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使用FRESH 3D生物打印

實現(xiàn)更復雜的幾何形狀
 

FRESH 已迅速成為許多組織工程師首選的生物打印平臺。FRESH 能夠以更高的分辨率使用任何軟凝膠生物材料進行生物打印，而不受幾何復雜性的限制。
 

FRESH 可以集成到標準生物打印工作流程中，并在 BIO X™ 等擠壓式生物打印機上實現(xiàn)。FRESH 徹底改變了生物打印，使研究人員能夠應對復雜組織結構和功能的緊迫挑戰(zhàn)。例如，F(xiàn)RESH 消除了特定墨水打印優(yōu)化這種繁瑣的任務，讓研究人員可以更專注于生物打印真正的 3D 支架和組織。
 

在 BIO X™ 上進行 FRESH 3D 生物打印非常簡單，只需將準備好的 LifeSupport™ 盤放在打印平臺上，然后將打印針放入盤的中心即可開始制造復雜的幾何形狀。
 

探索一些最有潛力的潛在研究方向：

 

第一：類組織的復雜打印

第二：形成血管化組織

第三：多材料生物打印

通過將 BIO X™ 生物打印機與 FRESH 相結合，研究人員可以邁入以往夢寐以求的打印復雜性和功能新領域。