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3D打印技術助力微型心臟，加速心臟病的治愈速度

2022-04-26

根據美國疾病控制和預防中心的數據，每36秒就有一人因各類型的心臟病而去世。心臟病成為現代人高發性疾病。為此，科學家們嘗試了不同的方法來解決這個問題。他們將實驗心臟連接到機器上以使其再次跳動，又或者將實驗室培養的心臟組織連接到彈簧上以觀察它們的膨脹和收縮。但每一種方法都有缺陷，復活的心臟只能跳動幾個小時，而彈簧無法模仿真實的肌肉力量。現在，人們是否發現了新的解決方案呢？

2022年4月25日，南極熊獲悉，波士頓大學的科研團隊，它們宣稱開發了一種微型活體心室（綽號“迷你泵”），它可能有助于更準確地模仿真實的心臟器官。該技術正式名稱為心臟微型化精密單向微流體泵。同時，未來還可以為正在研究其他器官的科研人員提供技術支持。

△由干細胞的工程部件和組織制成的心臟腔室的微型復制品。圖片來自波士頓大學

開發“迷你泵”

它只有3平方厘米，比郵票大不了多少。其功能類似于人類心室，即肌肉下腔，它的定制組件安裝在一塊薄薄的3D打印塑料上。

微型心臟復制品由納米工程部件和人體心臟組織組合而成。沒有彈簧或外部電源，它就像真正的心臟一樣，它只是在干細胞生長的活心臟組織的驅動下自行跳動。

△微型化超材料支架支持收縮的心腔。圖片來自波士頓大學

對于上圖的注釋：( A )完整的“迷你泵”示意圖，具有心腔、心臟瓣膜和對抗壓力梯度的單向流動。( B )由中空TPDLW衍生支架支撐的心臟組織腔示意圖。（C和D）基于虛線矩形表示的拉脹倒六邊形晶胞（D的腔室支架（C）的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。( E和F )倒六角支架 (E)上的心腔在24小時內調節支架 (F)的塌陷。(E)開始，允許支架自由變形。( G和H) 完整螺旋支架 (H) 內的螺旋晶胞 (G) 的SEM 圖像。(G)中的箭頭表示螺旋的厚度。( I到K ) SEM 圖像 (I和J)和螺旋支架機械壓縮的力位移 (K)曲線。每種顏色表示測試的每個螺旋厚度的n = 3個支架之一。粗螺旋的螺旋厚度為 10.1 ± 0.3 μm，細螺旋的厚度為 8.3 ± 0.2 μm。( L ) 螺旋支架上的心腔。(L)開始，允許支架自由變形。

3D打印組織支架

仿生組織模型正迅速向精細的下一代體外培養模型發展，以研究發育、成年、再生和疾病過程中的器官水平功能。

為了打印每個微小的組件，該團隊使用了一種稱為雙光子直接激光寫入的工藝，一種更精確的3D打印技術。當光線射入液態樹脂時，它接觸的區域會變成固態；因為光線可以更加精確地瞄準——聚焦到一個微小的點。“迷你泵”中的許多組件都以微米為單位進行測量，比灰塵顆粒還小。

它們表示，通過“迷你泵”的結構表明“使用更精細的3D打印架構，能夠創建更復雜的細胞組織。” 目前，當研究人員試圖制造細胞時，無論是心臟細胞還是肝細胞，它們的結構都是雜亂無章的，傳統的方式難以構建它們。但是，“迷你泵”采用首創的3D打印組織支架，對未來的生物學具有深遠影響，無論是從腎臟到肺的其他芯片器官，都奠定了一定的基礎。