| 2022年世界十大科技進(jìn)展新聞 |
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| 人造心臟研究取得重要進(jìn)展 |
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為了從頭開始構(gòu)建人類心臟，研究人員需要復(fù)制構(gòu)成心臟的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。這包括重建螺旋幾何形狀——當(dāng)心臟跳動(dòng)時(shí)，螺旋幾何形狀會(huì)產(chǎn)生扭曲的運(yùn)動(dòng)。長(zhǎng)期以來，人們一直認(rèn)為這種扭曲運(yùn)動(dòng)對(duì)大量抽血至關(guān)重要，但事實(shí)證明這一點(diǎn)很困難，部分原因是創(chuàng)造具有不同幾何形狀和排列的心臟具有挑戰(zhàn)性。
如今，美國哈佛大學(xué)約翰•保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）生物工程師使用一種新的增材紡織品制造方法（FRJS），開發(fā)了第一個(gè)具有螺旋排列跳動(dòng)心臟細(xì)胞的人類心室生物雜交模型，并證明其肌肉排列確實(shí)會(huì)顯著增加每次收縮時(shí)心室泵出的血液量。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于2022年7月7日出版的《科學(xué)》。
該研究的目標(biāo)是建立一個(gè)模型，從而測(cè)試心臟的螺旋對(duì)齊是否對(duì)達(dá)到大射血分?jǐn)?shù)（即每次收縮時(shí)心室泵送的血液的百分比）至關(guān)重要，并研究心臟螺旋結(jié)構(gòu)的相對(duì)重要性。
研究人員使用FRJS系統(tǒng)來控制紡纖維的對(duì)齊，他們可以在上面生長(zhǎng)心臟細(xì)胞。FRJS的第一步就像棉花糖機(jī)一樣——液體聚合物溶液被裝入儲(chǔ)層，并在設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)被離心力從一個(gè)小開口推出。當(dāng)溶液離開儲(chǔ)層時(shí)，溶劑蒸發(fā)，聚合物凝固形成纖維。然后，聚焦氣流控制纖維沉積在收集器上的方向。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過傾斜和旋轉(zhuǎn)收集器，溪流中的纖維會(huì)在收集器旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)齊和扭曲，模仿心肌的螺旋結(jié)構(gòu)，改變收集器的角度可以調(diào)整纖維的對(duì)齊。
與3D打印不同，F(xiàn)RJS可以以單微米比例快速旋轉(zhuǎn)纖維，或比單根人類頭發(fā)小約50倍。當(dāng)涉及到從頭開始建立一顆心臟時(shí)，這一點(diǎn)很重要。以膠原蛋白為例，在這個(gè)分辨率下，3D打印人類心臟的每一點(diǎn)膠原蛋白需要100多年的時(shí)間，F(xiàn)RJS可以在一天內(nèi)完成。
紡織后，研究人員分別在心室中植入大鼠心肌細(xì)胞或人干細(xì)胞來源的心肌細(xì)胞。大約一周內(nèi)，幾層薄薄的跳動(dòng)組織覆蓋在支架上，細(xì)胞沿著下面的纖維對(duì)齊。跳動(dòng)的心室模仿了人類心臟中相同的扭曲運(yùn)動(dòng)。
這項(xiàng)工作是朝著器官生物制造邁出的重要一步，使人們更接近于建立用于移植的人體心臟的最終目標(biāo)�！�
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2023年2月刊 封面)