开发新的生物制造工艺来设计心脏结构

开发了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。这种称为聚焦旋转喷射纺丝(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。

哈佛大学生物工程助理研究员HuibinChang博士及其同事在《科学》杂志上发表了一篇题为“重建心脏的螺旋结构与聚焦旋转喷射纺纱的功能关系。”

心脏的泵血作用来自心肌细胞(心脏的肌肉细胞)，它们被组织成包围心室的螺旋纤维。每次节拍，这种安排都会产生收缩和扭曲的组合运动。

“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迈克尔·塞夫顿(MichaelSefton)博士和克雷格·西蒙斯(CraigSimmons)博士在一篇文章中写道。附有研究文章。“为此，理解和复制心脏的螺旋结构与功能关系被认为是重要的一步。”

设计能够充分再现天然心脏功能的支架和材料可能具有挑战性。新报告的FRJS方法比传统方法提高了制造速度和复杂性。

在FRJS中，长的、自由浮动的聚合物纤维通过离心力排出，空气喷射流将纤维排列并沉积在模具上。通过控制模具的形状和旋转，可以构建具有特定纤维取向的支架。然后可以在支架上接种细胞(在本例中为心肌细胞)，以重现组织和器官结构。

使用他们的方法，Chang和同事制造了具有与自然人类心脏相似的结构特性的心室。他们还制作了纤维方向未对准的患病心脏模型。一旦支架上植入了人类心肌细胞，作者就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着作用。

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，仍然需要导电系统、脉管系统和避免免疫反应的手段。

FRJS方法提供了制造更复杂组织和器官的初始途径。“除了生物制造之外，FRJS还可能在其他增材制造工艺中发挥重要作用，”Chang及其同事写道。“它提供与当前工业流程相当的生产率，同时实现微米/纳米级特征尺寸和受控的3D对齐。”

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