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人体内的每一个器官，比如心脏，都由特定的细胞组成。这些细胞并非随意分布，而是在生物支架——细胞外基质（ECM）的作用下连接在一起。对于功能正常的细胞来说，ECM蛋白网络提供了它们所必须的结构和生物信号。然而迄今为止，科学家们还不能利用传统的生物制造方法来重建这种复杂的ECM结构。
事实上，仅在美国就有4000多名患者正在等待心脏移植，而世界上甚至还有数百万需要心脏的人没有资格进入等待名单。人们对替代器官的需求是巨大的，因此急需新的方法来设计出修复、补充或长期替代器官功能的人造器官。
近日，美国卡内基梅隆大学的一个研究团队在《自然》杂志上发表论文，详细介绍了一种利用胶原蛋白（人体内主要的结构蛋白）3D打印组织支架的技术——悬浮水凝胶的可逆嵌入（FRESH）。这一史无前例的方法克服了3D生物打印领域现有的众多挑战，利用一种柔软的、有生命的材料达到了前所未有的分辨率和逼真度，让我们离3D打印成人心脏又近了一步。
“我们成功地用细胞和胶原蛋白打印出了一些具有真正功能的心脏组件，如心脏瓣膜或小小的跳动的心室。”卡内基梅隆大学生物医学工程（BME)和材料科学与工程教授 Adam Feinberg说，“利用人类心脏的MRI数据，我们能够精确地重现患者特定的解剖结构。”
“胶原蛋白是一种非常理想的3D打印生物材料，因为它几乎构成了我们身体内的每一个组织。”论文的作者之一Andrew Hudson解释道:“然而利用胶原蛋白进行3D打印是很困难的。液态的胶原蛋白只会在构建平台上形成一个水坑，为此我们开发了一种技术来防止其变形。”
Feinberg实验室开发的FRESH技术允许胶原蛋白在凝胶支撑液中逐层沉积，从而在从支撑液中取出前使其有机会凝固到位。支撑凝胶的移除也非常简单，只需在打印完成后将凝胶从室温加热至体温即可。
这种方法令研究人员非常兴奋，因为它允许科学家们在人体器官上大规模打印胶原支架，而且不仅限于胶原蛋白，纤维蛋白、藻酸盐、透明质酸等多种软性凝胶均可采用FRESH技术进行3D打印。这为组织工程学提供了一个强大、适应性强的平台。重要的是，研究人员还开发了开源设计，这样几乎任何人都可以构建并获得低成本、高性能的3d生物打印机。
展望未来，从伤口修复到器官生物工程，FRESH在再生医学的许多方面都将有广泛的应用。
科界原创
编译：Max
审稿：alone
责编：张梦
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：
https://medicalxpress.com/news/2019-08-d-human-heart.html
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