美国研究人员设计了一种微型活体心室仿生体,有助于更准确地模拟真实的人体器官,并为测试新的心脏病治疗方法提供一个“沙盒”环境。
据麦姆斯咨询报道,这种微型仿生体是由纳米工程部件和人体心脏组织组合而成。没有弹簧或其他外部动力源——就像一颗真正的人体心脏,在干细胞分化的活体心脏组织驱动下自主跳动。
该仿生器件可以让研究人员更准确地了解器官的工作原理,使他们能够跟踪心脏在胚胎中的生长情况,研究疾病的影响,并测试新疗法潜在的有效性和副作用——所有这些,对于患者来说都是零风险,并且在体外的实验室环境就可实现。
美国波士顿大学的研究人员开发了这款微小的仿生器件——昵称为“miniPUMP”,学名为“高精密单向心脏微流控泵”,他表示该技术还可以为构建其他基于实验室模式的仿生器官铺平道路,如肺、肾脏等。目前该研究相关成果已在《Science Advances》发表。
“我们能够以前所未有的方式研究疾病进展。”波士顿大学工程学院教授Alice White表示,“我们选择研究心脏是因为它的结构特别复杂,但研究结果显示,当你将纳米技术与组织工程结合时,就有可能将心脏研究成果应用于多种器官。”
研究人员表示,该仿生器件最终可以加快药物开发过程,使其更快、价格更低廉。与其花费数百万费用或者可能数十年用于药物的开发,但最终在人体测试上可能功亏一篑,倒不如在一开始就通过使用miniPUMP来更好地预测成功或失败。
miniPUMP只有3平方厘米,比邮票大不了多少。它的定制化部件被组装在一块薄薄的3D打印塑料上,使其像人类心脏下腔的心室一样工作。
该仿生器件上有微型丙烯酸阀门,通过该阀门的开关可以控制液体(在这项研究中用水替代血液)的流动;有像动脉和静脉一样汇集液体的小管;另外,还有用干细胞技术制造的使心脏收缩的肌肉细胞,即心肌细胞。
为了打印每个微小的部件,该研究团队使用了一种更精密的3D打印工艺——双光子直接激光写入。当光线射入液态树脂时,它接触的区域会变成固态。之所以采用这种工艺,是因为miniPUMP中的许多部件都是微米级别,比灰尘颗粒还小,而光线可以精确地瞄准,聚焦在一个微小的点上并进行固化成型。
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