3D生物打印用于打印心脏结构和组织

将给心脏损伤的修复带来“前所未有的希望”

● 创新点

心脏是人体最重要的器官之一。据世界卫生组织（World Health Organization，WHO）统计，心血管疾病高居人类各种死因之首。如何实现心脏或其局部组织的修复和制造是当今学术界的热点和难点。

3D打印技术开始于20世纪80年代，但直到2004年才实现细胞的3D生物打印。生物材料的3D打印面临许多技术障碍，有限的分辨率使人们难以模拟原生组织的微尺度复杂性，打印对象的结构复杂性因此受到很大限制。

美国卡内基·梅隆大学的亚当·范伯格（Adam Feinberg）团队研发出一种新型3D生物打印技术“FRESH”（freeform reversible embedding of suspended hydrogels，即悬浮凝胶的自由可逆嵌入）。最近，研究团队对FRESH进行了改进，提出FRESH v2.0工艺。利用此工艺，研究团队成功地用胶原水凝胶打印出人类心脏，分辨率为20微米，远远超过之前同类技术的分辨率100～500微米。FRESH v2.0工艺可以打印不含化学修饰的天然胶原蛋白，无须紫外线固化来聚合水凝胶。

3D生物打印心脏

FRESH v2.0工艺具有更高的分辨率，能够打印采用多种生物油墨的复杂图案，实现了心脏类器官等复杂结构高分辨率的3D生物打印，相关成果于2019年8月2日发表在《科学》（Science）上，题目为“胶原的3D生物打印用以重建人类心脏成分”。

● 方法和结果

研究团队对FRESH v1.0进行重要改进，FRESH v2.0分辨率得到显著提升，成功实现胶原纤维的精确生成。该技术增加了打印容量，能够实现更大尺寸、更佳质量组织支架的打印，还可以有效控制纤维形态由固态向高孔状的转变。

通过FRESH v2.0工艺，研究团队实现了从毛细血管到整个心脏类器官的不同结构尺度的精细调控和3D制造。

应用前景

新型3D生物打印技术有望实现多尺度的人类心脏组织的设计和制造，将给心脏损伤的修复带来“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.