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微纳分辨率3D打印生物支架促进心肌组织功能形成

已有 254 次阅读 2020-3-29 10:14 |个人分类:再生医学前沿|系统分类:科研笔记|关键词:学者

局部缺血性心脏病和心衰是当今世界发病率和死亡率最高的疾病之一。目前最有效的疗法为再生疗法,即用活性功能心肌组织去替代坏死心肌层。传统的细胞疗法在治疗方面无法获得理想效果,其局限在于:1)细胞注射植入体内后,留存率太低2)植入的多功能干细胞诱导的心肌细胞成熟度太低,导致其收缩和电生理功能有限3)无法模拟天然心肌组织的纤维状细胞外基质和生物力学性能。急需制造一种可以克服以上三种问题的真正有效的功能性心肌组织。针对上述瓶颈,乌德勒支大学Jos Malda教授团队前期就对利用近场直写支架促进诱导心肌组织成形进行过探索(Adv.Healthcare Mater. 2017, 6, 1700311),但是所制造直线型支架形变性能有限,无法满足心肌细胞各向异性收缩的要求。

 

文章报道了一种利用近场直写技术打印的拥有可控六边形结构且高度可拉升的纤维支架。除了可以产生大幅度的可逆形变外(超过40%),该支架还极度柔顺,可比普通矩形网格近场直写纤维支架多传递超过40倍的弹性能。当把由多功能干细胞诱导的心肌细胞裹上水凝胶与该支架混合之后,同普通矩形网格纤维支架相比,心肌组织的搏动率提升了1.5倍,细胞的定向性,肌节含量,组织化程度以及标志心肌成熟的特定基因表达都有显著提升。除此之外,该复合支架还拥有优异的形状恢复特性,适宜于微创移植手术。该复合支架可以作为一种促进心肌细胞成熟化的心脏补片应用于心脏组织工程领域。


研究人员首先针对熔体近场直写的悬绳滞后效应,研究了其精确沉积六边形网格支架的工艺。探究了直线平移速度,拐角速度,支架结构参数以及纤维堆叠层数对图案精确沉积的影响。结果显示,想要精确沉积这种六边形网格图案,首先要在直线结构处用两倍关键平移速度(CTS),并在拐角处提前适当降速;其次所设计结构尺寸不能太小,否则喷头没有足够时间减速变向;结构夹角在60°左右,所造成的图案沉积误差最小。(关键平移速度CTS:当平移速度<CTS,沉积纤维呈现卷曲态;平移速度≥CTS,沉积纤维为直线态)

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