双光子直接激光写入制作微小的心脏模型

2022-04-26 09:41

允许医生和临床医生了解人类心脏及其对治疗的反应而不着手进行大手术的技术可能涉及几种不同的方法，但其中没有一种是理想的。一种在小范围内开发高度有序的功能结构的方法将是更好的途径，而激光写入技术已经展示了一种可能的解决方案。

波士顿大学的一个项目已经使用双光子直接激光写入（TPDLW）来制造一个纳米级分辨率的支架，其机械性能旨在支持干细胞衍生的心室腔的形成和循环收缩。

《科学进展》杂志报道，这一突破展示了一种以前未曾探索过的高精度制造的应用，可以推广到扩大器官芯片模型的可及范围。波士顿大学的团队认为，其miniPUMP－心脏小型化精密单向微流体泵－现在可以为构建从肺到肾脏的其他器官的实验室版本铺平道路。

双光子直接激光写入制作微小的心脏模型

支持心脏组织的支架的大规模复制品。在miniPUMP中，支架很小，许多部分以微米为单位。在如此精细的规模下，通常的刚性材料变得灵活。资料来源：Christos Michas／波士顿大学。

“我们可以以前所未有的方式研究疾病进展，”BU工程学院的Alice White说。“我们选择研究心脏组织，因为它的机制特别复杂，但是当你采用纳米技术并将其与组织工程相结合时，有可能将其复制到多个器官中。”该项目采用了一种商业光刻胶材料和Nanoscribe公司的TPDLW 3D打印平台进行研究，通过沿圆柱面绘制预定的单元格，构建了一个支架结构。一个完整的3厘米见方的支架，打印过程需要1．5小时。然后在类似的操作中制造了作为小管和微型丙烯酸阀门的定制部件，打开和关闭以控制水流。使用干细胞技术制造的肌肉细胞提供了该设备的抽水动作。

能更好地预测成功或失败

“小型化的进步正在重新定义许多领域的边界，但尚未在组织工程中完全体现出来，尽管有望为器官芯片应用实现这种小型化，”该项目在其发表的论文中评论道。“在这里，使用微尺度精密设计的结构来指导组织形成和机械功能，展示了一种结构和力学方法，能够以前所未有的小尺度复制机械复杂的生理行为。

在试验中，完整的TPDLW支持的miniPUMP系统成功地提供了心室容积功能的主要原理，并表现出与心脏周期相关的完整压力容积环的关键特征。该设备最终可以帮助加快心脏治疗药物的开发过程，研究人员在一开始就使用miniPUMP来更好地预测成功或失败。

BU的Christopher Chen说：“我们不认为以前研究心脏组织的方法捕捉到肌肉在体内的反应方式。这给了我们第一个机会来构建一些机械上更类似于我们认为心脏实际经历的东西。这是向前迈出的一大步。”