3D打印技术助力微型心脏，加速心脏病的治愈速度
时间:2022-04-26 13:03 来源:南极熊 作者:admin 点击:次
| 导读，根据美国疾病控制和预防中心的数据，每36秒就有一人因各类型的心脏病而去世。心脏病成为现代人高发性疾病。为此，科学家们尝试了不同的方法来解决这个问题。他们将实验心脏连接到机器上以使其再次跳动，又或者将实验室培养的心脏组织连接到弹簧上以观察它们的膨胀和收缩。但每一种方法都有缺陷，复活的心脏只能跳动几个小时，而弹簧无法模仿真实的肌肉力量。现在，人们是否发现了新的解决方案呢？ 2022年4月25日，波士顿大学的科研团队，它们宣称开发了一种微型活体心室（绰号“迷你泵”），它可能有助于更准确地模仿真实的心脏器官。该技术正式名称为心脏微型化精密单向微流体泵 。同时，未来还可以为正在研究其他器官的科研人员提供技术支持。 
△由干细胞的工程部件和组织制成的心脏腔室的微型复制品。图片来自波士顿大学
开发“迷你泵” 它只有3平方厘米，比邮票大不了多少。其功能类似于人类心室，即肌肉下腔，它的定制组件安装在一块薄薄的3D打印塑料上。微型心脏复制品由纳米工程部件和人体心脏组织组合而成。没有弹簧或外部电源，它就像真正的心脏一样，它只是在干细胞生长的活心脏组织的驱动下自行跳动。 
△微型化超材料支架支持收缩的心腔。图片来自波士顿大学
对于上图的注释：( A )完整的“迷你泵”示意图，具有心腔、心脏瓣膜和对抗压力梯度的单向流动。( B
)由中空TPDLW衍生支架支撑的心脏组织腔示意图。（C和D）基于虚线矩形表示的拉胀倒六边形晶胞（D的腔室支架（C）的扫描电子显微镜（SEM）图像。(
E和F )倒六角支架 (E)上的心腔在24小时内调节支架 (F)的塌陷。(E)开始，允许支架自由变形。( G和H) 完整螺旋支架 (H)
内的螺旋晶胞 (G) 的SEM 图像。(G)中的箭头表示螺旋的厚度。( I到K ) SEM 图像 (I和J)和螺旋支架机械压缩的力位移
(K)曲线。每种颜色表示测试的每个螺旋厚度的n = 3个支架之一。粗螺旋的螺旋厚度为 10.1 ± 0.3 μm，细螺旋的厚度为 8.3 ±
0.2 μm。( L ) 螺旋支架上的心腔。(L)开始，允许支架自由变形。3D打印组织支架 仿生组织模型正迅速向精细的下一代体外培养模型发展，以研究发育、成年、再生和疾病过程中的器官水平功能。为了打印每个微小的组件，该团队使用了一种称为双光子直接激光写入的工艺，一种更精确的3D打印技术。当光线射入液态树脂时，它接触的区域会变成固态；因为光线可以更加精确地瞄准——聚焦到一个微小的点。“迷你泵”中的许多组件都以微米为单位进行测量，比灰尘颗粒还小。
△在左侧，“迷你泵”的一个腔室由于心脏组织的收缩而跳动。当组织跳动时，它将液体从腔室中喷出（右）——就像人类心脏泵血一样。视频来自波士顿大学
它们表示，通过“迷你泵”的结构表明“使用更精细的3D打印架构，能够创建更复杂的细胞组织。” 目前，当研究人员试图制造细胞时，无论是心脏细胞还是肝细胞，它们的结构都是杂乱无章的，传统的方式难以构建它们。但是，“迷你泵”采用首创的3D打印组织支架，对未来的生物学具有深远影响，无论是从肾脏到肺的其他芯片器官，都奠定了一定的基础。 
△3D打印支撑心脏组织的支架（许多部件以微米为单位，在如此精细的尺度下，通常坚硬的材料变得灵活）。图片来自波士顿大学
跳过障碍 研究人员表示，该技术最终可以加快药物开发过程，使其更快、更便宜。研究人员可以使用“迷你泵”进行大量的实验测试，而不是花费数百万，甚至可能是数十年的时间，必须经过漫长，且大量的实验论证才能用于人体临床实验。 
该技术可以让研究人员更准确地了解器官的工作原理，让他们能够追踪心脏在胚胎中的生长情况，可以让科研人员，深入的研究此类疾病的诱因，并测试新的有效疗法和相关的潜在副作用。所有这些仅在实验室即可完成，无需进行活体生物实验。 “我们可以以前所未有的方式研究疾病的进展，”波士顿大学工程学院教授Alice Whit说。“我们选择研究心脏组织是因为它的力学特别复杂，但当你采用纳米技术并将其与组织工程结合时，就有可能实现。” (责任编辑：admin) |