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美國科學家開發出3D列印人類心臟組織的新技術

卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University;CMU)研究人員開發出FRESH(Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels)技術,能以膠原蛋白為材料,用3D列印血管、瓣膜等心臟組織。FRESH讓組織工程領域更接近於能3D列印全尺寸成人心臟。

FRESH的3D列印心臟技術說明影片

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圖為CMU研究團隊用3D列印的心臟瓣膜。CMU

根據EurekAlert! Science News報導, 儘管3D生物列印已有長足發展,但直接列印活細胞和軟生物材料難度很高。關鍵障礙之一是在列印過程中支撐柔軟和動態的生物材料,以實現複雜3D結構和功能所需的解析度和保真度。

在Feinberg實驗室開發的FRESH 3D生物列印技術,能讓膠原蛋白逐層沉積在用於支撐的凝膠中,使膠原蛋白在從支撐中取出之前有機會固化。列印完成後,將凝膠從室溫加熱到體溫,就能將凝膠融化,而不會損壞由膠原蛋白及細胞組成的列印結構。

用FRESH 3D列印心臟基於核磁共振成像(MRI)並準確再現患者特異性解剖結構。用人類心肌細胞列印的較小心室顯示同步收縮,定向動作電位傳播,以及在收縮峰值期間心壁增厚達14%。然而仍有不少挑戰,包括產生3D列印較大組織所需的數十億個細胞,實現製造規模,以及尚未定義的臨床轉譯監管程序。

雖然人類心臟被用於概念驗證,但膠原蛋白和其他軟生物材料的FRESH列印有可能為各種組織和器官系統建構先進支架的平台。

FRESH最近獲頒美國專利,並已授權給3D列印新創公司FluidForm。FluidForm正在透過其首個產品LifeSupport生物列印支持凝膠將FRESH技術商業化,讓世界各地的研究人員能取得高效3D生物列印用的膠原蛋白、細胞和各種生物材料。

而包括纖維蛋白、藻酸鹽和透明質酸在內的各種軟凝膠也能使用FRESH技術進行3D生物列印,從而提供強大且適應性強的組織工程平台。值得一提的是,研究人員還開發了開源設計,幾乎任何人,從醫學實驗室到高中科學課程,都能取得低成本、高性能的3D生物印表機。

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