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(dòng)的應(yīng)用

人造器官再現(xiàn)奇跡

科學(xué)家打印出會跳動(dòng)的心

近期，美國卡耐基梅隆大學(xué)（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(shù)，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(dòng)），并實(shí)現(xiàn)了前所未有的分辨率和保真度。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Science》雜志上。
 

在最新的研究中，F(xiàn)einberg實(shí)驗(yàn)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(jī)會在從支持凝膠中取出之前固化。使用FRESH技術(shù)，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(xì)胞打印結(jié)構(gòu)的前提下移除支持凝膠。
 

▲卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研究人員開發(fā)出一種3D生物打印膠原蛋白技術(shù)，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(lǐng)域來說是非常令人興奮的，因?yàn)樗�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(zhì)酸等多種軟性生物材料均可作為生物墨水。通過FRESH技術(shù)進(jìn)行3D生物打印，為組織工程提供了一個(gè)強(qiáng)大且適應(yīng)性強(qiáng)的平臺。更重要的是，研究人員還做了開源設(shè)計(jì)，這樣任何人都可以構(gòu)建并獲得低成本、高性能的3D生物打印機(jī)。
 

Feinberg表示，近期會進(jìn)行例如因心臟病或肝臟受損而喪失功能的心臟修補(bǔ)工作。展望未來，從傷口修復(fù)到器官生物工程，F(xiàn)RESH在再生醫(yī)學(xué)的許多方面都會有所應(yīng)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(xì)胞，如何實(shí)現(xiàn)制造規(guī)模以及遵循監(jiān)管程序，以便能在動(dòng)物和人類中進(jìn)行測試。
 

盡管任重道遠(yuǎn)，但我們距離實(shí)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(shí)現(xiàn)更復(fù)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(jìn)行生物打印，而不受幾何復(fù)雜性的限制。
 

FRESH 可以集成到標(biāo)準(zhǔn)生物打印工作流程中，并在 BIO X™ 等擠壓式生物打印機(jī)上實(shí)現(xiàn)。FRESH 徹底改變了生物打印，使研究人員能夠應(yīng)對復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)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(wù)，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(jìn)行 FRESH 3D 生物打印非常簡單，只需將準(zhǔn)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(fù)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(fù)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(jī)與 FRESH 相結(jié)合，研究人員可以邁入以往夢寐以求的打印復(fù)雜性和功能新領(lǐng)域。