研究人员在实验室中3D打印了功能正常的厘米级人体心脏泵

在一项具有开创性的新研究中，明尼苏达大学的研究人员在实验室中3D打印了功能正常的厘米级人体心脏泵。这一发现可能对研究心脏病-美国的主要死亡原因-每年造成超过60万人死亡的研究具有重大意义。

该研究已经发表并出现在《循环研究》的封面上，该研究是美国心脏协会的出版物。

过去，研究人员曾尝试3D打印心肌细胞或心肌细胞，这些心肌细胞是从所谓的多能人类干细胞衍生而来的。多能干细胞是具有在体内发展成任何类型细胞的潜能的细胞。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。问题在于科学家永远无法达到使心肌细胞真正发挥作用的临界细胞密度。

在这项新研究中，明尼苏达大学的研究人员颠覆了这一过程，并且奏效了。

明尼苏达大学理工学院生物医学工程系主任，该研究的首席研究员布伦达·奥格勒(Brenda Ogle)说：“起初，我们尝试了3D打印心肌细胞，但我们也失败了。”“因此，凭借我们在干细胞研究和3D打印方面的专业知识，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在一起，并将墨水+细胞用于3D打印出有孔的结构。干细胞首先在结构中扩增为高细胞密度，然后我们将它们分化为心肌细胞。”

研究小组发现，他们有史以来第一次可以在不到一个月的时间内实现高细胞密度的目标，从而使细胞像人的心脏一样跳动。

“经过多年的研究，我们准备放弃，然后我的两名生物医学工程博士学位学生Molly Kupfer和Lin Wei-Han建议我们首先尝试打印干细胞，” Ogle说道。明尼苏达大学干细胞研究所所长。“我们决定再试一次。当我们在实验室看盘时，看到整个事情自发地，同步地收缩并且能够移动流体，我简直不敢相信。”

Ogle表示，这也是心脏研究的关键进展，因为这项新研究显示了他们如何能够3D打印心肌细胞，使它们能够组织和协同工作。由于这些细胞彼此紧邻地分化，因此更类似于干细胞如何在体内生长，然后经历对心肌细胞的分化。

与过去的其他引人注目的研究相比，奥格尔说，这一发现创造了一种结构，就像一个封闭的囊，有一个流体入口和一个流体出口，它们可以测量心脏如何在体内移动血液。这使其成为研究心脏功能的宝贵工具。