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美国明尼苏达大学研究人员在最新一期《循环研究》杂志上发表报告称,他们在实验室中用人类细胞3D打印出了功能正常的厘米级人体心脏肌泵模型。研究人员称,这种能够发挥正常功能的心脏肌泵模型系统对于心脏病研究来说具有重要意义,而他们的成果向制造人类心脏这样的大型腔室模型迈出了关键一步。

使用3D生物打印技术制造类人体器官组织,是目前的一个研究热点。此前,明尼苏达大学研究人员曾尝试利用人类诱导多能干细胞来打印心脏肌泵模型。他们将多能干细胞重新编程为心肌细胞,然后使用专门的3D打印机在三维结构中打印它们。由于不能达到使心肌细胞真正发挥作用的临界细胞密度,他们一直未能创建出具有正常功能的心脏肌泵模型。

此次,研究人员尝试了一种新方法。他们优化了由细胞外基质蛋白制成的专用生物墨水,使其能够促进人类诱导多能干细胞增殖和心肌细胞分化,然后将这种生物墨水与人类诱导多能干细胞混合在一起,使用专门的3D打印机打印出类心脏腔室的有孔结构。干细胞首先会在该结构中扩增,不断提高细胞密度,然后再原位分化为心肌细胞。利用这种方法,研究人员在不到一个月的时间内实现了提高心肌细胞密度的目标,从而使心脏肌泵模型具有了正常的心肌功能,能够像人的心脏一样跳动。

这一心肌模型长约1.5厘米,是研究人员专门设计的。这样的尺度很适合小鼠模型,可被放置于小鼠腹腔,用于进行相关研究。

研究人员指出,具有正常功能的心脏肌泵模型系统对于心脏病研究具有重要意义,他们的成果可能会对心脏研究产生变革性的影响。新模型会成为研究心脏功能的宝贵工具,用于追踪心脏结构在细胞和分子水平上的变化,研究心脏病药物和疗法的效果。


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