改变心意:新工艺可以打印出全尺寸的人类心脏

一种新方法使我们离打印成人全尺寸心脏又近了一步——据报道，这一过程非常简单，甚至小学生都能上手。

卡内基梅隆大学的一组研究人员利用这项技术用胶原蛋白打印出了组织支架，胶原蛋白是人体的主要结构蛋白。它被称为悬浮水凝胶的自由形式可逆嵌入(Fresh)，使研究人员克服了与现有生物3D打印方法相关的一些巨大挑战。

全球有数以百万计的患者需要心脏移植，对替代器官的需求是巨大的，因此需要新的方法来设计人造器官。根据英国国民医疗服务体系(NHS)的数据，目前英国有超过6200人正在等待器官移植。范伯格正致力于用新一代的生物工程器官来解决这个问题，这种器官可以更紧密地复制器官结构。

卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon)生物医学工程教授亚当·范伯格(Adam Feinberg)说:“我们已经证明，我们可以用细胞和胶原蛋白打印出心脏的碎片，制成真正起作用的部件，比如心脏瓣膜或小型跳动的心室。”“通过使用人类心脏的MRI数据，我们能够准确地再现患者特定的解剖结构，并3D生物打印胶原蛋白和人类心脏细胞。”

IMechE理事海伦·米斯博士说，新工艺可能是革命性的。manbetx体育注册“我们将能够极大地改善移植过程，”她说。“它们越来越接近模仿人类器官，但它们是否能够移植——我们离这个目标还有一段距离。”

新的创新

该论文的共同第一作者安德鲁·哈德森(Andrew Hudson)说，打印胶原蛋白是出了名的困难。“它一开始是一种液体，所以如果你试图在空气中打印它，它只会在你的建造平台上形成一个水坑。所以我们开发了一种技术，可以防止它变形。”

Fresh方法允许胶原蛋白在凝胶支撑液中逐层沉积，使其有机会在从支撑液中取出之前凝固到位。打印完成后，通过将凝胶从室温加热到体温，支撑凝胶可以很容易地融化掉。通过这种方式，研究人员可以在不损坏由胶原蛋白或细胞组成的打印结构的情况下去除支撑凝胶。

该工艺不仅限于胶原蛋白，还可以使用该技术打印各种其他软凝胶，包括纤维蛋白、海藻酸盐和透明质酸。重要的是，研究人员还开发了开源设计，这样从医学实验室到高中科学课程的几乎所有人都可以建造并使用低成本、高性能的3D生物打印机。

Meese博士说:“这对世界各地的医学院和研究人员来说将是一个绝佳的机会。”她认为，这种技术的普及实际上可能会引发严重的道德问题，然而——如果有人在做饭时不小心切掉了手指怎么办?他们应该打印一个新的吗?“这对工程师来说很困难……这是一个可爱的科幻故事，但我认为风险在于你可能会把它开源到人们会不道德地使用它的地步。从器官交易的角度来看，我们必须小心。”

从伤口修复到器官生物工程，Fresh在再生医学的许多方面都有潜在的应用，但这只是一个不断增长的领域的一部分。“我们真正谈论的是技术的融合，”范伯格说。“不仅是我的实验室在生物打印方面所做的，还有其他实验室和小公司在干细胞科学、机器学习和计算机模拟领域的研究，以及新的3D生物打印硬件和软件。”

这项研究可能会导致未来用患者自己的细胞进行3D生物打印。米斯博士说:“这样做的一个好处是，我们不会像移植器官那样，在移植器官时出现排异反应，因为移植器官需要病人长期接受药物治疗。”

这项研究发表在科学．

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