冠心病（IHD）和心臟衰竭（HF）仍然是全球發(fā)病率和死亡率的主要原因。隨著組織工程的發(fā)展，科學(xué)研究人員希望采用活的功能性組織來修復(fù)IHD和HF患者受損的心肌，但是如何重建自然心肌的纖維組織和力學(xué)行為對研究者而言是一個巨大的挑戰(zhàn)。 目前，荷蘭烏德勒支大學(xué)和德國維爾茨堡大學(xué)研究學(xué)者聯(lián)合設(shè)計一種六邊形可伸縮超微纖維支架，該支架可以明顯的改善薄膜的平面內(nèi)雙軸拉伸性能，并且具有良好的柔性，而這種柔性也可以通過改變六邊形單元的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。值得注意的是該支架的切向模量大于報道的心肌組織切向模量，但這可以通過降低纖維直徑來進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖1 熔融靜電打印六邊形支架的示意圖及六邊形支架實物圖
為了制造功能性心臟補(bǔ)片，該團(tuán)隊在纖維支架上接種了1.6×106個心肌細(xì)胞，并將支架放在膠原基水凝膠中，第一天細(xì)胞的存活率超過90%，細(xì)胞均勻分布在支架上并且心肌細(xì)胞在單細(xì)胞水平上出現(xiàn)自發(fā)收縮；第七天細(xì)胞連接形成與纖維支架平行的六邊形三維結(jié)構(gòu)，同時心肌細(xì)胞可以在支架上實現(xiàn)同步收縮，這表明細(xì)胞出現(xiàn)了電生理耦合現(xiàn)象。 此外，由于部分心臟受損患者不適合開胸手術(shù)，需要微創(chuàng)手術(shù)進(jìn)行心臟補(bǔ)片治療，本文中設(shè)計的心臟補(bǔ)片可以在通過內(nèi)徑較小的導(dǎo)管后快速恢復(fù)原有形狀，并保持其結(jié)構(gòu)的完整性。研究者還在跳動的豬心臟上進(jìn)行試驗，也具有同樣的效果。圖2 （A-C）體外模擬微創(chuàng)手術(shù)后心臟補(bǔ)片可以恢復(fù)原有形狀 （D）心臟補(bǔ)片在跳動的豬心臟中應(yīng)用及形狀恢復(fù)
利用熔融靜電打印制備的六邊形微結(jié)構(gòu)很好地代表了由膠原纖維等細(xì)胞外基質(zhì)蛋白形成的天然心肌組織的蜂窩狀微結(jié)構(gòu)。但是天然的心肌組織內(nèi)看到的蜂窩狀孔比打印的六邊形纖維更細(xì)、更小，這也是熔融靜電打印的技術(shù)的一種限制。相信不久的未來通過改進(jìn)熔融靜電打印設(shè)備及工藝可以制造出纖維更細(xì)、單元更小的心臟補(bǔ)片。參考文獻(xiàn)：Castilho, Miguel; van Mil, Alain; Maher, Malachy, et al. Melt Electrowriting Allows Tailored Microstructural and Mechanical Design of Scaffolds to Advance Functional Human Myocardial Tissue Formation. Advanced Functional Materials. 2018.
來源：南極熊供稿人:李芝 賀健康 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室
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