研究人员在生物打印领域取得了显著进展，开发出能够根据活细胞产生的力自我重塑的组织，类似于生物组织在器官发育过程中的自然生长。这项开创性研究主要集中在心脏组织的创建上，为潜在的功能性生物打印器官的制造铺平了道路。这些进展可能会对疾病建模、药物测试和再生医学产生重大影响。
戈尔韦大学的研究团队开发了一种新颖的生物打印技术，使组织能够因细胞力而改变形状，反映器官发育的正常过程。
这项创新研究旨在复制心脏组织，使我们更接近于创建可能具有广泛应用功能的生物打印器官，这些应用涉及疾病建模、药物测试和再生医学等领域。
该研究由戈尔韦大学工程学院和CÚRAM爱尔兰医疗设备研究中心的一个团队进行，并发表在期刊Advanced Functional Materials上。
生物打印技术涉及使用活细胞与专门的“生物墨水”材料相结合，这些材料增强了这些细胞，促进其附着、增长和在分化过程中成熟。这种方法在生成在结构上与人类器官相似的实验室培养器官方面潜力巨大。
然而，通过生物打印实现完全功能性器官仍然是一个相当大的障碍。例如，尽管生物打印的心脏组织可以收缩，但它们的收缩力量通常远低于健康成人心脏的收缩力量。
许多传统的生物打印方法专注于准确复制器官（如心脏）的最终形状，但往往忽视了在胚胎发育过程中动态形状变化所起的关键作用。心脏最初是一个简单的管状结构，然后经历各种转变达到其成熟的四腔结构。这些形状变化对心脏细胞的生长和成熟至关重要。
意识到这一重要特征，戈尔韦大学的研究团队开创了一种先进的生物打印技术，融入了这些必要的形状变化行为。
项目首席作者、戈尔韦大学CÚRAM博士候选人Ankita Pramanick评论道： “我们的研究提供了一种新颖的平台，利用嵌入式生物打印来创建能够进行受细胞驱动的可控和可预测的4D形状转变的组织。我们的研究结果表明，这些形状转变改善了生物打印心脏组织的结构完整性和功能成熟度。”
研究表明，细胞产生的力量可以引导生物打印组织的形状变化，而这些变化可以通过修改初始打印设计和生物墨水的刚度等因素进行调节。形态变化过程还促进了细胞排列，提高了组织的收缩强度。此外，研究团队创建了一个计算模型，可以预测这些组织随时间变化的形状。
项目的首席研究员、生命医学工程副教授Andrew Daly教授指出： “我们的发现表明，让生物打印心脏组织适应其形状会导致更强和更快的收缩。生物打印组织的有限发展在这一领域构成了重大挑战，使这一发现相当有前景。它使我们能够创建更复杂的生物打印心脏组织，这些组织可以在实验室环境中成熟，更准确地类似于成人心脏的结构。我们对此形状变化方法感到兴奋，并将在以发展过程为灵感的欧洲研究委员会资助的研究中进一步实施。”
“在我们能够制造适合人类植入的功能性组织之前，仍然面临重大挑战，我们正在进行的工作需要深入探讨如何扩展我们的生物打印技术以生产适合人类大小的大型心脏。
“整合血管将是支持实验室环境中如此大型结构的关键，但最终，这一突破使我们更接近开发功能性的生物打印器官，为心血管医学开辟了有希望的机遇。”
