在过去的十年里,3 d打印技术的发展开启了新的可能性为工程师们建造了心脏组织和结构。他们的目标包括创造更好在体外平台为发现新的治疗心脏疾病,死亡的主要原因在美国,负责在全国范围内,约每五个死亡和使用3 d打印的心脏组织评估个体患者的治疗可能效果最好。更遥远的目标是制造植入组织可以治愈或替换有缺陷的或患病的患者心脏内结构。
在一篇发表在自然材料,研究人员哈佛大学约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋)报告的发展一个新的水凝胶墨水灌注凝胶纤维,使3 d打印功能的心脏心室,模仿跳动像人类的心。他们发现fiber-infused凝胶(图)墨水允许印刷形状的心室心肌细胞对齐和击败协调人类心脏室。
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免费订阅“人们一直试图复制器官结构和功能测试药物安全性和有效性的临床预测会发生什么,”崔说苛性碱水研究员海洋和第一作者在纸上。但直到现在,3 d打印技术单独无法实现心肌细胞的生理状态排列,细胞负责协调的方式传送电信号心脏肌肉萎缩。
创新在于添加纤维在一个可打印墨水。“无花果墨水能够流经印刷的喷嘴,但一旦印刷结构,维护其3 d形状,”崔说。”,因为这些属性,我发现可以打印ventricle-like结构和其他复杂三维形状不使用额外的支持材料或支架。”
创建图墨水,崔杠杆旋转射流纺丝技术帕克的实验室开发的,编造的超细纤维材料使用方法类似于纺棉花糖的方式。博士后研究员卢克MacQueen,一篇论文的联合作者,这篇论文,提出了想法,纤维由扶轮喷气纺纱技术可以被添加到一个墨水和3 d印刷。
“卢克开发这个概念时,视觉上扩大空间尺度的范围,可以用3 d打印机打印通过降低下限,底部带它到纳米尺度,”帕克说。“生产的优势与旋转射流纺丝纤维而不是电纺的”——一个更传统的方法生成超薄纤维——“是,我们可以使用,否则将蛋白质降解的电场电纺的。”
利用旋转射流旋转凝胶纤维,崔产生一张材料与棉相似的外观。接下来,她用sonification -声波,表分解成纤维约80至100微米长,直径约5至10微米。然后,她这些纤维分散到水凝胶墨水。
最困难的方面是故障诊断所需的纤维和水凝胶之间的比率墨水保持纤维排列和整个完整的3 d打印的结构。
彩印刷2 d和3 d结构使用无花果墨水,配合方向的心肌细胞排列纤维内部的墨水。通过控制印刷方向,崔可以控制心肌细胞如何对齐。
当她电刺激应用于3 d打印的结构由图墨水,她发现它引发了协调的收缩与这些纤维的方向。ventricle-shaped结构”,这是非常令人兴奋的看到室实际抽水以类似的方式如何真正的心脏心室泵,”崔说。
当她尝试了更多的印刷方向和墨水配方,她发现她可以生成更强收缩在ventricle-like形状。
“真正的心脏相比,我们的心室模型简化和缩小,”她说。这个团队现在正致力于建造更多的栩栩如生的心脏肌肉组织较厚墙可以泵流体更强烈。尽管不像真正的心脏组织,3 d打印的心室泵可以5 - 20倍的液体体积比之前的3 d打印的心腔。
团队说,这项技术还可以用于构建心脏瓣膜,dual-chambered微型心等等。
“无花果加法制造但我们已经开发出一种工具,”帕克说。“我们有其他方法的发展,随着我们继续探索构建人体组织再生疗法。的目标不是工具驱动——我们是工具不可知论者在我们寻找更好的方法来构建生物。”
参考:李崔年代,肯塔基州,金SL, et al . Fibre-infused凝胶支架指南在3 d打印的心室心肌细胞排列。自然材料。2023年。doi:10.1038 / s41563 - 023 - 01611 - 3
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