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揭秘丨全球首次打印出的血管化心脏是怎样被打印出来的

发布日期:2019/4/18 13:28:00

以色列特拉维夫大学研究人员15日宣布,他们成功以病人自身的组织为原材料,3D打印出全球首颗拥有细胞、血管、心室和心房的“完整”心脏,这在全球尚属首例。

来源:iNature


该研究由Dvir教授,特拉维夫大学生命科学学院的Assaf Shapira博士和Dvir教授实验室博士生Nadav Moor共同完成。“在这个阶段,我们的打印的3D心脏很小,只有兔子心脏的大小,”Dvir教授解释道。“但更大的人类心脏需要使用相同的技术。”

但这颗心脏是怎么被打印出来的呢,这里我就不得不提到他们所以用的这款打印机神器了,来自瑞士regenHU的3DDiscovery生物打印机。



锘海生命科学作为瑞士regenHU在中国的代理,提供技术讲座、销售、技术服务及售后。了解更多详细资料,欢迎咨询021-37827858。


数字模型的建立

Dvir教授等人将以色列特拉维夫Sourasky医疗中心提供的人类心脏的匿名CT扫描文件重新进行数字分析,得到心脏血管的基本网络结构,采用计算机辅助设计(BioCAD)软件对心脏补片的尺寸和血管进行几何形状的设计,模型模型考虑了Fick第二定律下的氧扩散和Michaelis-Menten方程下的耗氧量,在基本的血管设计中增加了小血管。


生物墨水的制备

对于该研究,首先从患者和猪身上提取网膜组织并将组织的基质与细胞分离,当细胞被重新编程成为多能干细胞时,细胞外基质(ECM),一种细胞外大分子(如胶原蛋白和糖蛋白)的三维网络被加工成个性化的水凝胶,用作打印的生物"墨水”。

regenHU 3D Discovery生物打印机


打印过程

用两个挤出式打印头分别装载混有分化的心肌细胞和内皮细胞的生物墨水,通过内径为0.1mm的针头挤出到玻片上。首先,用含有心肌细胞的凝胶墨打印两层网格形状的结构。第三层由含有内皮细胞的凝胶墨水打印,形成支撑壁,在支撑壁之间沉积负载有内皮细胞的凝胶墨水以形成血管网。在此基础上,再打印两层含有心肌细胞凝胶墨水,将打印的血管包裹起来。然后将打印好的补片在体外进行恒温孵化交联,并进一步培养。


虽然目前这颗心脏还不具备正常心脏的功能,但Dvir教授说,研究人员现在正计划在实验室中培养3D打印的心脏,并训练它们能够像一颗真正的心脏,之后在动物模型中移植3D打印的心脏。“我们需要进一步开发3D打印的心脏,”Dvir总结道。“细胞需要形成泵血的能力,虽然它们目前可以收缩,但我们需要它们能更像心脏一样工作。我们希望能够证明我们的方法的功效和实用性。“也许,十年后,世界上最好的医院将会有器官打印机,这些程序将定期进行。


3D Discovery是一款多功能的用户友好型的三维生物组织成型系统。

3D Discovery系列通过生物打印方法为用户开发组织工程的潜力,是目前高性价比多功能生物打印机。

3D Discovery系列通过与regenHU的BioInk的结合,创建与生物体内相似的生物环境,支持细胞生长的生物材料可迅速生成包含细胞、蛋白质和细胞外基质等成分的复杂组织乃至器官模型。

3D Discovery系列可应用于临床诊断、药物发现、药物毒性和复杂人类疾病的体外模型创建等方向,为复杂组织器官模型,自动化组织体外实验提供了得力的设备。用户可“按需打印”所研究的细胞、组织、器官。

此仪器藉由创新的建构方式生成软硬组织的体外模型,可用来研究细胞之间的间隙及其形态。


主要优势

1、可在体外极限模拟体内生理条件,打印三维细胞和复杂组织、器官。

2、模块化、可选的多次分配技术

3、无菌层流罩内生物制造

4、微米级进程重复定位精度

5、通过BioCAD软件快速和容易组织建模,也可直接导入医学图像

6、操作简便、功能强大

7、兼容多种打印技术,适用材料范围广

应用范围:

细胞、组织再生  /   药物开发  /  药物发现(3D药物和药物筛选) /  药物毒性分析  /  组织工程坚实的支架  /  外组织检查分析  /  复杂人类疾病体外分析模型  /  临床诊断体外组织自动化检测  /  模块化组织装配  /  硬组织工程骨模型  /  皮肤模型/器官打印(软组织工程)


参考资料:

Nadav Noor, Assaf Shapira, Reuven Edri, Idan Gal, Lior Wertheim, Tal Dvir. 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts. Advanced Science, 2019



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