2022-07-27

Science | 西部世界来临: 类纺纱工艺重建心脏

原创 图灵基因 图灵基因 2022-07-27 16:28 发表于江苏

收录于合集#前沿分子生物学技术

已经开发出一种新的生物制造方法，用于构建由具有特定排列的窄纤维组成的3D支架。这种被称为聚焦旋转喷射纺纱（FRJS）的方法使研究人员能够制造心脏结构，并研究心脏肌肉组织中纤维的螺旋排列如何增强心脏功能。

哈佛大学生物工程研究助理Huibin Chang博士及其同事在《Science》杂志上的一篇题为“Recreating the heart’s helical structure-function relationship with focused rotary jet spinning”的文章中报告了这些发现，为简化具有复杂三维几何形状的组织和器官的工程方法提供了概念证明。

心脏的泵血动作来自心肌细胞——心脏的肌肉细胞——它们被组织成包裹心室的螺旋纤维。每拍一次，这种排列都会产生收缩和扭转运动。

“然而，很难具体评估心脏的螺旋结构对其功能的贡献程度。”多伦多大学生物医学工程研究所的Michael Sefton和Craig Simmons博士写道，“为此，理解和复制心脏的螺旋结构-功能关系被认为是重要的一步。”

设计能够充分再现心脏固有功能的支架和材料可能具有挑战性。新报道的FRJS方法在制造速度和复杂性方面优于传统方法。

在FRJS中，自由浮动的长聚合物纤维被离心力排出，气流对齐并将纤维沉积在模具上。通过控制模具的形状和旋转，可以构建具有特定纤维方向的支架。然后可以在支架上种植心肌细胞，可以重现组织和器官结构。

使用他们的方法，Chang和他的同事们制造出了与天然心脏结构特性相似的心室。他们还制作了纤维方向错位的病变心脏模型。当支架植入人类心肌细胞后，作者发现螺旋结构提高了心脏性能，说明螺旋组织模式在心脏的泵血功能中发挥作用。

但心脏不仅仅是一个泵。为了实现用于再生医学的功能齐全的生物工程心脏，仍然需要一个导电系统、血管系统和避免免疫反应的方法。

FRJS方法为制造更复杂的组织和器官提供了初始途径。“除了生物制造，FRJS可能在其他增材制造过程中发挥重要作用。”Chang及其同事写道，“它提供了与当前工业流程相当的生产率，同时实现了微/纳米级特征尺寸和受控的3D对齐。”