將給心臟損傷的修復帶來“前所未有的希望”

● 創(chuàng)新點

心臟是人體最重要的器官之一。據世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）統(tǒng)計，心血管疾病高居人類各種死因之首。如何實現(xiàn)心臟或其局部組織的修復和制造是當今學術界的熱點和難點。

3D打印技術開始于20世紀80年代，但直到2004年才實現(xiàn)細胞的3D生物打印。生物材料的3D打印面臨許多技術障礙，有限的分辨率使人們難以模擬原生組織的微尺度復雜性，打印對象的結構復雜性因此受到很大限制。

美國卡內基·梅隆大學的亞當·范伯格（Adam Feinberg）團隊研發(fā)出一種新型3D生物打印技術“FRESH”（freeform reversible embedding of suspended hydrogels，即懸浮凝膠的自由可逆嵌入）。最近，研究團隊對FRESH進行了改進，提出FRESH v2.0工藝。利用此工藝，研究團隊成功地用膠原水凝膠打印出人類心臟，分辨率為20微米，遠遠超過之前同類技術的分辨率100～500微米。FRESH v2.0工藝可以打印不含化學修飾的天然膠原蛋白，無須紫外線固化來聚合水凝膠。

3D生物打印心臟

FRESH v2.0工藝具有更高的分辨率，能夠打印采用多種生物油墨的復雜圖案，實現(xiàn)了心臟類器官等復雜結構高分辨率的3D生物打印，相關成果于2019年8月2日發(fā)表在《科學》（Science）上，題目為“膠原的3D生物打印用以重建人類心臟成分”。

● 方法和結果

研究團隊對FRESH v1.0進行重要改進，F(xiàn)RESH v2.0分辨率得到顯著提升，成功實現(xiàn)膠原纖維的精確生成。該技術增加了打印容量，能夠實現(xiàn)更大尺寸、更佳質量組織支架的打印，還可以有效控制纖維形態(tài)由固態(tài)向高孔狀的轉變。

通過FRESH v2.0工藝，研究團隊實現(xiàn)了從毛細血管到整個心臟類器官的不同結構尺度的精細調控和3D制造。

應用前景

新型3D生物打印技術有望實現(xiàn)多尺度的人類心臟組織的設計和制造，將給心臟損傷的修復帶來“前所未有的希望”。

Source：LEE A, HUDSON A R, SHIWARSKI D J, et al. 3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart[J].Science, 2019, 365(6452)： 482-487.