研究员借3D打印开发出功能正常的厘米级人体心脏泵

aau讯（编辑凌琦韵）近年，明尼苏达大学的研究人员进行了一项开创性的新研究，他们在实验室用3D打印机打印了功能正常的厘米级人体心脏泵。据某研究机构发布的数据显示，心脏病是造成美国每年60多万人死亡的主要原因，这一创新可能对研究心脏病的治疗有着重大意义。

目前，该研究已经发表并出现在《循环研究》的封面上，该杂志是由美国心脏协会出版的。

之前，研究人员曾尝试3D打印心肌细胞，这些心肌细胞是从所谓的多能干细胞衍生而来的。多能干细胞是一种可以发展成体内任何类型细胞的细胞。研究人员将这些干细胞重新编程为心肌细胞，然后使用专门的3D打印机在称为细胞外基质的三维结构中打印它们。问题是，科学家永远无法达使心肌细胞真正发挥作用的临界细胞密度。

在这项新的研究中，明尼苏达大学的研究人员改变了这一过程，并且成功了。

“一开始，我们尝试3D打印心肌细胞，但是我们失败了。因此，凭借我们团队在干细胞研究和3D打印方面的专长，我们决定尝试一种新方法。我们优化了由细胞外基质蛋白制成的专用墨水，将墨水与人类干细胞结合，使用ink-plus细胞3D打印腔室结构。干细胞首先在结构中被扩展到高细胞密度，然后我们将它们分化成心肌细胞。”该研究项目的首席研究员兼明尼苏达大学科学与工程学院生物医学工程系主任Brenda Ogle说道。

研究小组发现，他们首次可以在不到一个月的时间内达到细胞密度高的目标，使细胞能够像人类心脏一样跳动。

“经过多年的研究，我们原本已经准备放弃了，然而我的两名生物医学工程博士生Molly Kupfer和Wei-Han Lin建议我们先打印干细胞，”担任明尼苏达大学干细胞研究所（University of Minnesota’s stem Cell Institute）主任的Ogle说。“我们决定做最后一次尝试。我简直不敢相信，当我们在实验室里观察这个盘子时，看到整个东西自发地、同步地收缩，并且能够移动液体。”

Ogle说，“这是心脏研究的一个重要进展，因为这项新研究表明了他们能够3D打印心肌细胞，使这些细胞可以组织和协同工作。这些细胞在彼此相邻的地方分化，然后再变成心肌细胞，这更类似于干细胞在体内生长的方式。”

Ogle表示，与过去其他备受关注的研究相比，这项发现创造了一个类似于封闭的囊状结构，有一个液体入口和一个液体出口，他们可以在这里测量心脏如何在体内移动血液。这使得它成为研究心脏功能的宝贵工具。

“我们现在有了一个模型，可以追踪和跟踪在细胞和分子水平上发生的事情，这个泵结构开始接近人类的心脏，”Ogle说。“我们可以将疾病和损伤引入模型，然后研究药物和其他疗法的效果。”

心肌模型约1.5厘米长，经过专门设计以适合小鼠的腹腔，以进行下一步研究。

“所有这些看起来是一个简单的概念，但如何实现它是相当复杂的。我们看到了这种潜力，我们的新发现可能会对心脏研究产生革命性的影响。”Ogle说道。

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