波士顿大学3D打印开发出“跳动”的迷你人体心脏

原标题：波士顿大学3D打印开发出“跳动”的迷你人体心脏

波士顿大学领导的一个研究小组使用3D打印技术开发了人类心脏的微型复制品——它的跳动就像真的一样。

该设备被命名为心脏微型化精密单向微流体泵，又名 miniPUMP，它是使用干细胞衍生的人类心脏细胞和微型3D打印丙烯酸部件组合而成的。miniPUMP 的设计就像一个真正的心脏腔室，不依赖任何外部电源，而是通过其活组织自行跳动。

研究人员认为，他们的心室复制品可以作为研究器官在人体中如何工作的试验台。它可用于追踪心脏在胚胎中的生长方式、心脏组织如何受到疾病的影响以及新药物在治疗所述疾病方面的有效性，所有这些都无需人体测试。

“我们可以以前所未有的方式研究疾病进展，”波士顿大学工程学院教授 Alice White 说。“我们之所以选择研究心脏组织，是因为它的力学特别复杂，但我们表明，当你采用纳米技术并将其与组织工程相结合时，就有可能将其复制到多个器官中。”

miniPUMP 及其内部3D打印“血管”之一的显微成像

研究心脏的挑战

根据疾病控制和预防中心的数据，心脏病是美国男性和女性死亡的主要原因，每年约有 659,000 人死亡。这是四分之一的死亡人数。因此，迫切需要研究重要器官。

然而，由于它在人体中的位置难以接近，因此研究心脏是一件棘手的事情，因为它不能随心所欲地被移除、检查和更换。为了解决这个问题，研究人员尝试了几种替代方法：他们手动将血液泵入尸体心脏，并使用弹簧加载实验室培养的心脏组织以使其扩张和收缩。不幸的是，我们还没有找到一个合适的栩栩如生的替代品，因为复活的心脏不能无限期地跳动，弹簧也不会像真正的肌肉纤维那样收缩。

借助miniPUMP等创新技术，研究人员最终可以以更准确的方式模拟和研究高血压和瓣膜疾病等疾病。该设备还有望简化即将推出的药物的药物开发过程，实现基于实验室的测试，以代替昂贵且繁琐的人体试验。

支持心脏组织的3D打印支架的大规模复制品

miniPUMP是如何开发的？

miniPUMP的尺寸仅为 3 平方厘米，采用双光子直接激光写入3D打印的丙烯酸支架，这是一种非常精确的微型 SLA 形式。内部的微型丙烯酸阀门打开和关闭以控制流体的流动，而微型管则用作动脉和静脉。为了使设备跳动，研究人员还整合了称为心肌细胞的心肌细胞，这些细胞是从多能干细胞分化而来的。

将miniPUMP做得如此之小是经过深思熟虑的决定，因为3D打印的丙烯酸支架必须足够坚固以支撑结构，但又足够薄以弯曲并随着收缩的心脏组织移动。

“结构元素非常好，以至于通常僵硬的东西变得灵活，”怀特补充道。“以此类推，想想光纤：玻璃窗非常坚硬，但您可以将玻璃光纤缠绕在手指上。丙烯酸树脂可能非常坚硬，但在 miniPUMP 的规模下，丙烯酸支架能够被跳动的心肌细胞压缩。”

至于下一步，miniPUMP 研究团队的目标是改进技术并找到可靠制造它的方法。这项工作最终也可以应用于可修复心脏以及肝脏等其他器官缺陷的植入式贴片。

该项目是作为 CELL-MET 的一部分进行的，CELL-MET 是由波士顿大学领导的国家科学基金会联合工程研究细胞超材料中心。该中心的最终目标是制造能够再生患病人类心脏组织的设备。

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