增材紡織法造出人工心室模型

美國哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的生物學(xué)工程師首次研發(fā)出一種帶有螺旋狀排列心肌細(xì)胞的人類心室生物混合模型。實驗表明，這種排列會使每次心臟收縮時心室的泵血量顯著增加，解決了長久以來人工心臟制造的瓶頸。螺旋狀心肌帶在心臟收縮時會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，與心臟射血量息息相關(guān)。此前，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這種扭轉(zhuǎn)運(yùn)動對心室的大量泵血至關(guān)重要，但由于制造螺旋狀排列的實驗?zāi)Ｐ途哂刑魬?zhàn)性，難以對其進(jìn)行全面了解。

研究人員使用了新的增材紡織制造方法，被稱為聚焦旋轉(zhuǎn)噴射紡織法，能高通量制造直徑從幾微米到數(shù)百納米的螺旋排列纖維，可直接引導(dǎo)細(xì)胞排列，從而形成可控的組織工程結(jié)構(gòu)。其工作原理是將液體聚合物溶液裝入儲液器，隨著設(shè)備旋轉(zhuǎn)，離心力將溶液從一個微小的開口推出。當(dāng)溶液離開儲層時，溶劑蒸發(fā)，聚合物凝固形成纖維。當(dāng)纖維沉積在收集器上時，通過集中的氣流控制纖維的方向。研究小組發(fā)現(xiàn)，通過傾斜和旋轉(zhuǎn)收集器，纖維會在收集器旋轉(zhuǎn)時對齊并纏繞在收集器周圍，模仿心臟肌肉的螺旋結(jié)構(gòu)。

研究人員表示，人類心臟實際上有多層螺旋排列的肌肉，排列角度不同。聚焦旋轉(zhuǎn)噴射紡織技術(shù)可以通過一種非常精確的方式重建這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，形成單腔甚至四腔心臟結(jié)構(gòu)。研究人員在纖維上培養(yǎng)心肌細(xì)胞，比較了螺旋排列和周向排列纖維制成的心室的變形、電信號速度和射血量，結(jié)果顯示螺旋排列的組織均優(yōu)于周向排列的組織。

(來源：《科技日報》)