熔融靜電打印定制化纖維結構促進心肌組織的形成

供稿人:李芝 賀健康

冠心?。↖HD）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，科學研究人員希望采用活的功能性組織來修復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，荷蘭烏德勒支大學和德國維爾茨堡大學研究學者聯(lián)合設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片，該團隊在纖維支架上接種了1.6×106個心肌細胞，并將支架放在膠原基水凝膠中，第一天細胞的存活率超過90%，細胞均勻分布在支架上并且心肌細胞在單細胞水平上出現(xiàn)自發(fā)收縮；第七天細胞連接形成與纖維支架平行的六邊形三維結構，同時心肌細胞可以在支架上實現(xiàn)同步收縮，這表明細胞出現(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，需要微創(chuàng)手術進行心臟補片治療，本文中設計的心臟補片可以在通過內(nèi)徑較小的導管后快速恢復原有形狀，并保持其結構的完整性。研究者還在跳動的豬心臟上進行試驗，也具有同樣的效果。

圖2 （A-C）體外模擬微創(chuàng)手術后心臟補片可以恢復原有形狀 （D）心臟補片在跳動的豬心臟中應用及形狀恢復

利用熔融靜電打印制備的六邊形微結構很好地代表了由膠原纖維等細胞外基質蛋白形成的天然心肌組織的蜂窩狀微結構。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、更小，這也是熔融靜電打印的技術的一種限制。相信不久的未來通過改進熔融靜電打印設備及工藝可以制造出纖維更細、單元更小的心臟補片。

參考文獻：
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.

供稿人:李芝 賀健康
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室