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人造器官要来了?美国科学家3D打印出会“砰砰跳”的心脏雏形

2020-07-17 17:43 前瞻网   
人造器官要来了?美国科学家3D打印出会“砰砰跳”的心脏雏形

在一项突破性的新研究中,明尼苏达大学的研究人员在实验室中3D打印出一个厘米级的人体心脏泵。这一发现具有重大意义,可能拯救美国每年60多万人因为心脏病死亡的人。这项研究已经作为封面文章发表在美国心脏协会的刊物《循环研究》上。

过去,研究人员曾尝试过用多能干细胞3D打印处心肌细胞。他们将干细胞重新编程为心肌细胞,然后使用专门的3D机,将其在一个被称为细胞外基质的三维结构中打印出来。但问题是,至今没有实验能无法达到心肌细胞真正发挥功能的临界细胞密度。

而在这次的新研究中,明尼苏达大学的研究人员修改了过程,成功实现了实验目标。

研究团队一开始也采用传统的方式3D打印心肌细胞,不出意料遭到了失败。为此,他们优化了由细胞外基质蛋白制成的专用墨水,将墨水与人类干细胞结合,并使用ink plus细胞对腔结构进行3D打印。首先将干细胞在结构中扩展到高密度,然后再将其分化为心肌细胞。”

这个团队实现了人类有史以来首次在不到1个月时间内实现高细胞密度,使细胞能够像人类心脏一样一起跳动。

研究人员称,这是心脏研究的一个重要进展,它显示了以一种细胞可以组织起来并正常工作的方式来3D打印心肌细胞的方法。这些细胞是相邻分化的,然后再向心肌细胞分化,这更像是干细胞在体内的生长方式。

在心肌细胞之前,3D打印已经可以制造其他的许多器官了。比如说今年2月,加拿大的一组研究人员使用使用一种以纤维蛋白为基础的生物墨水,与间充质基质细胞(MSCs)一起注入皮肤创口,再用一种自己设计的手持3D打印机,可以直接在伤口上“打印”新的皮肤细胞来治疗严重的烧伤。

之后的6月,中国四川大学研究团队成功老鼠身上3D打印出人耳。

他们将由水凝胶颗粒和软骨细胞组成的“生物墨水”注射到老鼠的背部,然后在墨水上投射出耳朵形状的近红外光。光使水凝胶颗粒粘在一起,层层发展成耳状结构。在接下来的1个月里,软骨细胞在水凝胶结构的周围生长,最终形成类似于真正的人类耳朵的软骨结构。

研究人员认为这种非手术3D打印技术也有可能用于修复鼻子、手指、脚趾或肘部受损的软骨。他们当时也提到,希望最终能够采用这种技术来修复其他受损的器官,比如心脏或肺,但这存在挑战性,因为心脏和肺包含多种类型的细胞,在身体深处,不断收缩和放松。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

[1]https://www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200715131216.htm

[2]https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.119.316155

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责任编辑: 4083LWJ

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