科學家成功 3D 列印正常運作心臟瓣膜

卡內基梅隆大學研究團隊開發出一種新技術,成功以膠原蛋白為原料 3D 列印出可運作的心臟瓣膜,對未來 3D 生物列印發展有相當大的助益。

美國科學家們成功以膠原蛋白為原料,用3D生物印表機作出能在人體運作的心臟瓣膜。(圖源:Carnegie Mellon University )

美國科學家們成功以膠原蛋白為原料,用3D生物印表機作出能在人體運作的心臟瓣膜。(圖源:Carnegie Mellon University )

在《科學》刊載的最新論文中,研究團隊詳細描述了突破的成果。

對於人體器官來說,被稱為“細胞外基質”(ECM)的組織相當重要,這種蛋白質網路提供各種細胞執行正常功能所需的結構和生化信號,然而到目前為止,傳統的生物製造方法並無法重建複雜的 ECM 架構,而卡內基梅隆大學開發出的新技術正好突破了過去 3D 生物列印上的這項瓶頸。

在重建 ECM 架構上,膠原蛋白是一種非常理想的生物材料,因為它幾乎可以用來彌補身體中的每一種組織,然而因為天然的膠原蛋白本身是流體,即使嘗試列印也只是使其變成桌上的一灘液體,這也是過去未在 3D 生物列印中使用的原因。

而團隊開發出的新技術“FRESH”(Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels)正好能夠解決這項問題。FRESH 讓膠原蛋白可以逐層沉積在凝膠支架中留待固化。在列印完成後,透過將凝膠從室溫加熱到體溫,研究人員可以熔化去除用來支撐的凝膠,而不會損壞由膠原蛋白或細胞構成的印刷結構。

不僅限於膠原蛋白,包括纖維蛋白、藻酸鹽和透明質酸在內的各種軟凝膠也可以使用 FRESH 技術進行 3D 生物列印,研究人員還開發了開源設計,讓從醫學實驗室到高中科學課程的任何人都可以建立並獲得低成本、高性能的 3D 生物列印機。

據瞭解,美國目前有超過 4,000 名患者正在等待心臟移植手術,而在全球,更有近數百萬名患者需要心臟但不符合候補名單的資格。

器官移植的需求是巨大的,儘管 FRESH 要進入實用仍有許多研究尚待完成,但論文作者 Feinberg 認為,人們仍然應該對這項研究感到非常興奮,因為我們正朝著製造功能性人體組織、器官的方向進展◆

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