3D生物列印再立新功!美國科學家成功列印柔軟的全尺寸心臟模型
2020-11-23 中國科學技術館./t20201123_1037741_taonews.html
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近日，美國化學學會發布的一段視頻展示全球第1個全尺寸3D生物列印的人體心臟模型，它利用一臺特製的3D印表機，依照核磁共振數據製程，逼真地模擬了心臟組織。
大醫院通常有3D列印病人身體模型的設施，供外科醫生現場使用，然而這些組織和器官只能用硬塑料或橡膠建模。
此前，費恩伯格實驗室發明了新的3D生物列印技術，以滿足人們對3D列印軟性聚合物的需求。這種軟性聚合物缺乏剛度，無法像普通3D列印物一樣支撐起來。
因此，這種叫FRESH 3D的列印技術使用針頭將生物墨水注入水凝膠中，讓水凝膠在列印時起到支撐作用。一旦完成，只需要簡單加熱，水凝膠就會融化，只留下3D生物列印的物體。
新的3D列印心臟則是由一種叫做褐藻酸鹽的柔軟天然聚合物製成的，它的特性與真正的心臟組織相似。對於外科醫生來說，這使得模型能夠被創造出來，可以切割，縫合，並且可以像真實的心臟一樣進行操作。
這次另一個的突破是列印全尺寸人類心臟，需要一個足夠大的定製3D印表機，並且對軟體進行調整，以保持列印速度和保真度。
過去，研究人員曾嘗試過用多能幹細胞3D列印出心肌細胞。他們將幹細胞重新編程為心肌細胞，然後使用專門的3D機，將其在一個被稱為細胞外基質的三維結構中列印出來。但問題是，至今沒有實驗能無法達到心肌細胞真正發揮功能的臨界細胞密度。
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而在今年7月，在一項突破性的新研究中，明尼蘇達大學的研究人員在實驗室中3D列印出一個釐米級的人體心臟泵。
他們的目標和方法都和這次研究不同。他們的目標不是列印出和心臟一樣大小的操作用具，而是從細胞開始，重現活的心臟。
研究團隊一開始也採用傳統的方式3D列印心肌細胞，不出意料遭到了失敗。為此，他們優化了由細胞外基質蛋白製成的專用墨水，將墨水與人類幹細胞結合，並使用ink plus細胞對腔結構進行3D列印。首先將幹細胞在結構中擴展到高密度，然後再將其分化為心肌細胞。」
這個團隊實現了人類有史以來首次在不到1個月時間內實現高細胞密度，使細胞能夠像人類心臟一樣一起跳動。
值得一提的是，在心臟之前，3D列印已經可以製造其他的許多器官了。
比如說今年2月，加拿大的一組研究人員使用使用一種以纖維蛋白為基礎的生物墨水，與間充質基質細胞(MSCs)一起注入皮膚創口，再用一種自己設計的手持3D印表機，可以直接在傷口上「列印」新的皮膚細胞來治療嚴重的燒傷。
之後的6月，中國四川大學研究團隊將由水凝膠顆粒和軟骨細胞組成的「生物墨水」注射到老鼠的背部，然後在墨水上投射出耳朵形狀的近紅外光。光使水凝膠顆粒粘在一起，層層發展成耳狀結構。在接下來的1個月裡，軟骨細胞在水凝膠結構的周圍生長，最終形成類似於真正的人類耳朵的軟骨結構。
本文來自： 前瞻網
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懸浮生物3D列印人類心臟的全尺寸模型
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3D生物列印全尺寸人體心臟的模型
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科技• 3D列印人類心臟的全尺寸模型
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【VOA慢速 12.25】科學家3D列印人類心臟的全尺寸模型
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3D列印的人類心臟:質感足以亂真|3D列印|心臟
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繼第一顆3D列印心臟問世後 現在怎麼樣了?
儘管目前尚未有成功移植完整3D生物列印心臟的案例，但並不影響生物醫藥公司和科研小組向功能齊全的3D列印心臟邁進。這裡我們也為各位整理了一些最近比較前途無量的3D列印心臟項目。特拉維夫大學的微型心臟 特拉維夫大學，我們在開篇提到過，其分子細胞生物學與生物技術學院成功製作全球首顆有細胞，有血管，也有其他支撐結構，甚至像心臟一樣可以收縮3D列印心臟。儘管這顆心臟的長度只有2.5釐米，但卻是第一次使用人類細胞對完全血管化的3D列印人心臟，向功能性人體器官生物列印邁出關鍵一步。 -
用核磁共振圖就能3D列印出心臟模型
，可以在幾小時內將患者心臟的核磁共振（MRI）圖像快速標示，並經3D列印造出心臟模型，讓心臟外科醫生能夠更直觀地為患者規劃出有針對性的手術方案。再花幾個小時進行3D列印，外科醫生就可以在心臟模型上做一個虛擬手術了。該項研究的領導者、麻省理工學院電子工程與計算機科學教授波利娜·格蘭德表示，新系統將徹底改變傳統外科醫生「用手觸摸對象」的方式。 根據麻省理工學院官網報導，格蘭德的團隊正在致力於計算機算法的改善提高，使它不僅能夠將未經人工標識的相鄰橫斷面邊界辨識出來，還能斜跨多個橫斷面去標識邊界。 -
世界首個人體組織3D列印心臟問世 將來有望移植人體
據了解，研究者先從人的身上提取細胞組織，對其進行編輯使之成為幹細胞，再將其轉化為心肌細胞和內皮細胞，而提取的非細胞組織則轉變為一種「個人特有的凝膠」來充當列印「墨水」，這些由糖和蛋白質構成的材料能夠用於3D列印複雜的組織模型，該心臟長度只有2.5釐米，大小與兔子的心臟大小相當，目前還無法泵血，只能收縮。 -
人體組織3D生物列印技術六項研究進展
人體心臟部分的生物列印據卡內基梅隆大學發明這項技術的研究人員說，這種首創的方法使組織工程領域向3D列印全尺寸成人心臟又邁進了一步。卡內基梅隆大學的科學家們利用3D生物列印技術構造了人體心臟的功能性部件，比如圖中的心臟瓣膜。 -
Science:膠原蛋白做「墨水」,3D生物列印出會跳動的心
其中一個關鍵的障礙就是，缺乏列印過程中支持柔軟和動態的生物材料，以實現重建複雜的3D結構和功能所需的解析度和保真度。 現在，美國卡耐基梅隆大學（CMU）的研究人員找到了解決方案。他們開發了一種叫做Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels（FRESH）技術，以膠原蛋白為生物墨水，3D生物列印了人類心臟的功能性部件（血管、瓣膜和心室搏動），並實現了前所未有的解析度和保真度。相關研究結果發表在《Science》雜誌上。 -
3個3D列印的醫療創新應用,列印心臟能像真心臟一樣跳動
近年來，生物3D列印技術也取得長足發展，在醫療領域得到了廣泛的探索和臨床實踐，下面讓我們一起來看幾個3D列印在醫療領域的應用：3D列印下巴澳大利亞一位小姑娘的下巴因為惡性腫瘤的原因，醫生不得不切掉她大部分的上頜骨，只留下了四顆上槽牙和一部分的上唇，讓她失去了80%的上顎。 -
Science子刊:明尼蘇達大學完成3D列印心臟瓣膜模型,模擬患者真實感受
經導管主動脈瓣置換術（TAVR）是一種用於治療主動脈瓣狹窄的微創手術，旨在通過導管輸送系統將生物修復瓣膜植入患病的天然瓣膜來治療該疾病。近日，美國明尼蘇達大學的研究人員在美敦力公司的支持下，開發了一種突破性的工藝，將心臟主動脈瓣和周圍結構的逼真模型進行多材質3D列印，模擬患者的真實外觀和感受，有助於改善患者的預後。 -
3D生物列印「印」出生物醫學研究新篇章
這就和現階段利用3D技術列印出來的漢堡一樣，並不會有人拿來吃。幾十年來，科學家們曾一度努力嘗試在實驗室裡培育人造器官，其好處不言而喻：誘導病人的自體細胞進行分化，可以最大程度減少器官移植中的排斥反應。結構相對簡單的器官，比如氣管就是比較成功的例子。 -
我們距離3D列印活器官還有多遠?
到目前為止，研究人員還在醫學和牙科領域使用3D列印技術來製作種植體、義齒和模型，供外科醫生在切割病人之前進行練習。但是，許多研究人員已經超越了用塑料和金屬列印--用細胞列印，然後形成活的人體組織。目前還沒有人列印出功能齊全、可移植的人體器官，但科學家們離這一目標越來越近，他們正在製造可用於藥物測試的組織塊，並設計出克服再造人體複雜生物學挑戰的方法。