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CMU科學家使用新穎的生物3D打印來構建人類心臟功能部分

來自賓夕法尼亞州卡內基梅隆大學(CMU)的科學家們使用了一種新穎的生物3D打印方法來構建人類心臟的功能部分。根據發表在“科學”雜志上的一項研究,這種先進的技術名為“懸浮水凝膠的自由形式可逆性嵌入”(FRESH)技術,用于3D打印膠原蛋白,用于小血管,瓣膜和心室搏動。
     FRESH技術獲得了總部位于馬薩諸塞州的醫療初創公司FluidForm的專利。 FluidForm的CTO和聯合創始人,亞洲費恩伯格教授,以及CMU再生生物材料和治療組的首席研究員說:“我們現在有能力構建重現天然組織關鍵結構,機械和生物特性的構建體。為了讓我們進入生物工程三維器官,仍然需要克服許多挑戰,但這項研究向前邁進了一大步。“

使用膠原蛋白和自由形式可逆嵌入懸浮水凝膠(FRESH)技術印刷的Trileaflet心臟瓣膜。照片來自CMU。
生物3D打印軟材料
生物3D打印的一個常見障礙是支持由軟材料和蛋白質制成的復雜結構。 FRESH使用非牛頓凝膠作為此類物品的支持材料。凝膠的特性允許針頭打印頭像液體一樣穿過它們,克服軟支架的塌陷或下垂。Feinberg和CMU研究人員在FRESH過程中應用快速pH變化來驅動緩沖支撐材料內的自組裝。 FluidForm首席執行官Mike Graffeo補充道,“CMU開發的FRESH技術使生物打印研究人員能夠實現前所未有的結構,分辨率和保真度,從而實現該領域的巨大飛躍。我們非常高興能為各地的研究人員提供這項技術。“
    據中國3D打印網了解,去年,Feinberg和他的團隊開發了一種算法,能夠為軟材料3D打印選擇最佳參數,稱為專家指導優化(EGO)方法。該算法將專家判斷與3D打印機優化數據相結合,加快新材料的開發。
生物3D打印心臟模型

    使用CMU的FRESH方法創建來自人類MRI數據的生物3D打印心臟模型作為概念驗證,顯示了為各種組織和器官系統構建高級支架的潛力。在此之后,創建了用人心肌細胞或心肌細胞生物打印的較小心室3D模型,以證明更堅固的結構,壁增厚達14%。

   當然,CMU團隊也意識到產生3D打印較大組織所需的數十億細胞是十分困難的,還有就是其方法的臨床方面的不確定過程。本論文“生物3D打印膠原蛋白以重建人類心臟的成分”由Andrew Lee,Andrew Hudson,D。J. Shiwarski,J。W. Tashman,T。J. Hinton,S。Yerneni,J。M. Bliley,P。G. Campbell和Adam Feinberg共同撰寫。


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