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用于心脏组织工程的多尺度导电支架的电流体动力学3D打印

在进行体外心肌自主收缩的研究时,模拟体外心肌的分层微体系结构在心脏组织工程中起着重要作用。近日,西安交通大学研究团队利用熔融的电流体动力学3D打印技术,印刷出了具有多尺度、多导向的纤维导电支架,来模拟心脏组织,从而引导心肌细胞的同步收缩。

图1 心肌机构

心肌细胞不同于其他细胞,心肌细胞会自主、节律性跳动,并且同步收缩,基于此,心肌的结构也有一定的特殊性,从内膜到外膜,心肌由多层特定取向的电活性组织组成,并分布着多种纤维。这些纤维引导心肌细胞的生长、收缩,其中具有良好的导电性的浦肯野纤维对心肌细胞同步收缩起着重要作用。

图2 多尺度导电支架

西安交通大学研究团队利用电流体动力学技术,用聚己内酯打印出了模拟胶原纤维的微米级PCL纤维,用聚环氧乙烷、PEDOT:PSS溶液打印出了模拟导电浦肯野纤维的纳米级PEDOT:PSS-PEO导电纤维。将PCL纤维和导电纤维以一定的方向间隔平行排列,旋转45度再铺一层,以此类推,铺四层,这样就形成了多层导向的导电支架,来模拟心肌多层特定取向的结构。在这种多尺度导电支架上种植心肌细胞,可以使得心肌细胞根据纤维排列方向生长,并增强细胞间的通讯,以实现同步收缩。

通过该种混和的电流体动力学3D打印技术为特殊的肌肉组织提供了一种创新方法,以满足特定组织的不同需求,这种多尺度导电支架较单尺度支架能够更好引导细胞层特异性排列,对心肌细胞的体外培养提供了创新思路。

利用该实验下的多尺度支架培养心肌细胞,对心肌细胞的研究有重要作用,对心脏的再生也提供了可能,对心脏相关疾病的治疗有重要的意义。