来自宾夕法尼亚州卡内基梅隆大学（CMU）的科学家们使用了一种新颖的生物3D打印方法来构建人类心脏的功能部分。根据发表在“科学”杂志上的一项研究，这种先进的技术名为“悬浮水凝胶的自由形式可逆性嵌入”（FRESH）技术，用于3D打印胶原蛋白，用于小血管，瓣膜和心室搏动。

FRESH技术获得了总部位于马萨诸塞州的医疗初创公司FluidForm的专利。 FluidForm的CTO和联合创始人，亚洲费恩伯格教授，以及CMU再生生物材料和治疗组的首席研究员说：“我们现在有能力构建重现天然组织关键结构，机械和生物特性的构建体。为了让我们进入生物工程三维器官，仍然需要克服许多挑战，但这项研究向前迈进了一大步。“

使用胶原蛋白和自由形式可逆嵌入悬浮水凝胶（FRESH）技术印刷的Trileaflet心脏瓣膜。照片来自CMU。

生物3D打印软材料

生物3D打印的一个常见障碍是支持由软材料和蛋白质制成的复杂结构。 FRESH使用非牛顿凝胶作为此类物品的支持材料。凝胶的特性允许针头打印头像液体一样穿过它们，克服软支架的塌陷或下垂。Feinberg和CMU研究人员在FRESH过程中应用快速pH变化来驱动缓冲支撑材料内的自组装。 FluidForm首席执行官Mike Graffeo补充道，“CMU开发的FRESH技术使生物打印研究人员能够实现前所未有的结构，分辨率和保真度，从而实现该领域的巨大飞跃。我们非常高兴能为各地的研究人员提供这项技术。“

据了解，去年，Feinberg和他的团队开发了一种算法，能够为软材料3D打印选择最佳参数，称为专家指导优化（EGO）方法。该算法将专家判断与3D打印机优化数据相结合，加快新材料的开发。

生物3D打印心脏模型

使用CMU的FRESH方法创建来自人类MRI数据的生物3D打印心脏模型作为概念验证，显示了为各种组织和器官系统构建高级支架的潜力。在此之后，创建了用人心肌细胞或心肌细胞生物打印的较小心室3D模型，以证明更坚固的结构，壁增厚达14％。

当然，CMU团队也意识到产生3D打印较大组织所需的数十亿细胞是十分困难的，还有就是其方法的临床方面的不确定过程。本论文“生物3D打印胶原蛋白以重建人类心脏的成分”由Andrew Lee，Andrew Hudson，D。J. Shiwarski，J。W. Tashman，T。J. Hinton，S。Yerneni，J。M. Bliley，P。G. Campbell和Adam Feinberg共同撰写。