研究人員發現一種新的三維生物清洗方法，能夠用於3D列印人體心臟

卡內基梅隆大學的一個研究小組發表了一篇論文科學這是一項新的技術，任何人都可以從膠原蛋白(人體的主要結構蛋白)中獲得三維生物支架。這種第一種方法使組織工程領域更接近於3D列印出一顆完整的成人心臟。

這項技術被稱為遊離式可逆的懸浮水凝膠(新鮮)，使研究人員能夠克服與現有三維生物沖洗方法相關的許多挑戰，並利用柔軟和活的材料獲得前所未有的解析度和保真度。

人體的每一個器官，如心臟，都是由一種叫做細胞外基質(ECM)的生物支架連接在一起的專門細胞組成的。ECM蛋白網路提供細胞正常功能所需的結構和生化信號。然而，到目前為止，用傳統的生物製造方法來重建這種複雜的ECM體系結構是不可能的。

卡內基梅隆大學(Carnegie Mellon)的生物醫學工程(BME)和材料科學與工程學教授亞當·芬伯格(Adam Feinberg)表示：「我們已經證明，我們可以將心臟的碎片從細胞和膠原蛋白中列印出來，形成真正起作用的部分，比如心臟瓣膜或小心室。」通過使用人類心臟的MRI數據，我們能夠準確地再現病人特有的解剖結構和三維生物膠原蛋白和人類心臟細胞。「

在美國，有4000多名患者在等待心臟移植，而全世界數百萬人需要心臟，但他們沒有資格接受等待名單。更換器官的需求是巨大的，需要新的方法來設計能夠修復、補充或替換長期器官功能的人工器官。費恩伯格，卡內基梅隆大學的成員生物工程器官倡議正在努力通過新一代生物工程器官來解決這些挑戰，這些器官能夠更緊密地複製自然器官結構。

「膠原蛋白是一種非常理想的3D列印生物材料，因為它實際上構成了你身體中的每一個組織，」安德魯·哈德森解釋說，他是范伯格實驗室的BME博士學生，也是論文的第一作者。「然而，3D列印之所以如此困難，是因為它一開始是一種流體-所以如果你試圖在空氣中列印，它只是在你的構建平台上形成了一個水坑。所以我們開發了一種防止變形的技術。」

Feinberg實驗室開發的新的3D生物清洗方法允許膠原蛋白逐層沉積在凝膠的支撐浴中，使膠原蛋白有機會在從支撐槽中被移除之前固化在適當的位置。在新鮮的情況下，在列印完成後，通過將凝膠從室溫加熱到體溫，可以很容易地將支持凝膠融化掉。這樣，研究人員就可以去除支撐凝膠，而不會破壞由膠原蛋白或細胞組成的印刷結構。

這種方法是真正令人興奮的三維生物清洗領域，因為它允許膠原支架列印在大規模的人體器官。它不僅限於膠原蛋白，因為廣泛的其他軟凝膠，包括纖維蛋白，海藻酸鈉和透明質酸，可以利用新鮮的技術進行三維生物沖洗，提供了一個強大和適應性的組織工程平台。重要的是，研究人員還開發了開源設計，使幾乎所有人，從醫學實驗室到高中理科課程，都可以建立和獲得低成本、高性能的3D生物感應器。

展望未來，新鮮在再生醫學的許多方面都有應用，從傷口修復到器官生物工程，但它只是一個日益增長的生物製造領域的一部分。費恩伯格說：「實際上，我們談論的是技術的融合。」「不僅我的實驗室在生物清洗方面所做的工作，還來自乾細胞科學、機器學習、計算機模擬等領域的其他實驗室和小公司，以及新的3D生物清洗硬體和軟體。」

范伯格補充道：「重要的是要明白，還有很多年的研究還沒有完成，但我們在設計人體功能組織和器官方面取得了真正的進展，這應該讓人感到興奮，而這篇論文正是沿著這條道路邁出的一步。」