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哈佛大學開發出伴隨母體生長的3D生物打印心臟技術！

魔猴君行業資訊 893天前

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導讀：據2020 年 12 月世界衛生組織公布的《2019 年全球健康評估報告》顯示，在過去 20 年來，心臟病一直高居全球致死疾病的榜首，因心臟病死亡人數比以往任何時候都多。自 2000 年以來，心臟病死亡人數增加了200多萬，2019年增至近900萬。

其中有許多病情嚴重的患者需要進行心臟移植手術，然而這個等待周期總是太長，等六個月以上甚至生命時長耗盡前都沒能等到的情況也并不少見。由此可見，提供更有效的心臟組織替代方案是當前醫學界迫切的需求，而3D生物打印心臟技術就是其中一條行之有效的解決途徑。

2022年6月12日，來自哈佛大學 Wyss 仿生工程研究所和哈佛大學工程與應用科學學院 (SEAS) 的 Jennifer Lewis 團隊合作開發了一套新的心臟工程技術。該技術模擬了心臟收縮元件的復雜排列，同時產生足夠厚的組織，以用于再生心臟治療。

現有SWIFT 3D生物打印技術的改進

這套方案是建立在現有SWIFT生物打印平臺基礎上，打印平臺有1050個孔，每個孔包含兩個微柱。研究人員首先通過人工誘導多能干細胞衍生心肌細胞（hiPSCs-CMs），形成預組裝心臟器官構件（OBB），然后將OBB從微柱上取下并用作制造生物墨水的原料，并在打印過程中利用3D打印機頭的運動進行進一步的對齊。

△3D生物打印過程

經過實驗，該團隊能夠打印出具有與實際人類心肌層相似的復雜多變排列的心臟組織薄片，這將有望為3D打印心臟組織替代物鋪平道路。

為了測試打印的心臟結構的收縮特征，研究人員還打印了連接兩個大柱的“大長絲”，測量后發現長絲產生的收縮力和收縮速度在 7 天內有所增加，這表明心臟細絲能夠不斷成熟為真正的肌肉狀細絲。

△3D生物打印的心臟細胞

這也意味著新技術能夠有效地模擬心臟收縮系統在從單個細胞到由多層組成的較厚心臟組織的整個層次結構中的排列，對于生成用于替代治療的功能性心臟組織至關重要。

未來借助這項技術，它可以用來生成更多的生理疾病模型，并創建高度結構化的心肌貼片，就像樂高積木一樣，可以匹配并用于替換心臟病發作后患者特定的疤痕。

同樣，它們可以用定制的方式來修補患有先天性心臟缺陷的新生兒心臟中患者的特定“漏洞”，而且這些貼片可以隨孩子一起發育，而不必隨著孩子的成長而更換。

3D生物打印心臟組織的其他進展

早在2017 年，蘇黎世聯邦理工學院的一個研究團隊曾利用 3D 打印技術打造了一種人造硅膠心臟，它能像人體內的器官一樣跳動，但當時的測試結果顯示它能維持的使用時間只有 30 到 45 分鐘。

△圖片來自：ETH Zürich

2019年，以色列特拉維夫大學的研究人員創造了世界上第一顆具備細胞和血管的3D打印心臟。研究人員從患者身上采集了脂肪組織，并且將其中的細胞和非細胞物質分離開來。分離出的細胞隨后與特制的打印材料混合到一起，打印出適合患者的心臟組織。這雖然是個包括血管和心室等部分的構造完整的心臟，但它只有兔子心臟的大小。

△圖片來自：Wyss Institute

2022年6月，國內中科院和清華大學的研究團隊，創造性地將六軸機器人改造成為生物3D打印機--六軸機器人生物3D打印機，實現了360°全方位任意角度細胞打印；并且開發了油浴細胞打印體系，以更好地保持細胞打印后的自然功能。結合自行設計的生物反應器和重復的打印培養策略，生物打印系統能夠生成血管化的、可收縮的、長期存活的心臟組織，為復雜器官的體外制造提供了一個有前途的解決方案。