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嘉峪檢測網(wǎng) 2021-01-07 09:16
近年來,組織工程研究在采用三維(3D)生物打印生物活性材料從頭構(gòu)造心肌組織與器官方向上展現(xiàn)卓越優(yōu)勢,成果方興未艾,催生心臟修復與再生研究的新方法與新策略。本文系統(tǒng)闡述功能型3D生物打印心臟體系的前沿進展,涵蓋生物墨水,打印策略以及功能評價等要點,形成該方向可供參照的挖掘系統(tǒng),為同類研究縱深發(fā)展厘清思路。
01、研究內(nèi)容簡介
由心臟結(jié)構(gòu)和功能喪失引起的病理變化仍然是人類當前主要死亡原因。導致這種損失的因素通常是多種多樣的,例如先天性心臟病,缺血性心臟病,創(chuàng)傷,炎癥等,這些病因都會共同導致心肌功能的逐步喪失。對于晚期心力衰竭患者,心臟移植是一種可行的治療方法。但是,由于供體的數(shù)量遠遠落后于患者所需的數(shù)量,再加上免疫排斥和手術(shù)并發(fā)癥的可能性很高,因此仍然無法實現(xiàn)對心臟功能的全面和長期恢復。因此,如何應用先進的技術(shù)人工重建與天然心肌組織的結(jié)構(gòu)和功能相匹配的心臟已成為組織工程學和再生醫(yī)學的前沿方向。
過去十余年,隨著體外誘導多能干細胞(iPSC)的發(fā)展以及隨后體外和體內(nèi)直接心臟重編程的發(fā)展,用于心臟修復與再生研究的新細胞來源不斷豐富。但是,由于缺乏堅實的機械支持和附近細胞外基質(zhì)(ECM)的定向指導,這些細胞在形態(tài)上不足以實現(xiàn)高維自組織發(fā)生。令人驚喜的是,生物相容性和可生物降解的高分子材料展現(xiàn)潛在的輔助作用,可以在組織工程中部分地發(fā)揮ECM的生理作用。然而,如何將活性細胞和生物材料結(jié)合成穩(wěn)定的復合物以忠實的恢復心臟微環(huán)境仍然是一個突出的障礙。
三維(3D)生物打印的誕生源自生物技術(shù)快速發(fā)展的極大需求。它是一種分層漸進式的增材制造技術(shù),可根據(jù)設(shè)定的空間模式準確沉積生物活性材料和細胞。此外,它可通過高度連續(xù)且穩(wěn)定的生物學模式,從而實現(xiàn)對心臟高分辨率再造。然而,更重要的是需意識到,基于3D生物打印的心臟再生技術(shù)仍處于早期探索階段,仍需通過來自各領(lǐng)域科學家的合作方可實現(xiàn)更多轉(zhuǎn)化應用目標。例如,研究者需要更多地在物理和化學水平上探索這項技術(shù)運用所需的核心生物墨水參數(shù),以更好地表征心肌的結(jié)構(gòu)和生理復雜性。
總而言之,該研究聚焦使用生物活性水凝膠材料結(jié)合新型種子細胞作為生物墨水的3D生物打印心臟的前沿成果,圍繞哺乳動物心臟結(jié)構(gòu)與功能的多維度重建,從打印前準備、打印過程及打印后評價等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行梳理歸納,同時客觀分析該先進技術(shù)當前存在的局限性與未來展望,系統(tǒng)剖析了3D生物打印對心臟修復與再生領(lǐng)域發(fā)展的重要影響。

該項研究得到了國家重點研發(fā)計劃(2018YFA0108700,2017YFA0105602,2017YFC1103300),國家自然科學基金重點國際(地區(qū))合作與交流項目(81720108004)等項目的支持。
原文信息
Nanbo Liu, Xing Ye, Bin Yao, Mingyi Zhao, Peng Wu, Guihuan Liu, Donglin Zhuang, Haodong Jiang, Xiaowei Chen, Yinru He, Sha Huang, Ping Zhu.
Advances in 3D bioprinting technology for cardiac tissue engineering and regeneration.
Bioactive Materials, 2021, 6(5), 1388-1401.

來源:BioactMater生物活性材料