研究简介-研究人员用真实的人体细胞3D打印出一

- 编辑:大众自然网 -

研究简介-研究人员用真实的人体细胞3D打印出一

在一项开创性的新研究中,明尼苏达大学的研究人员3 - d打印在实验室里人类心脏泵功能厘米级。这项发现可能对学习产生重大的影响心脏疾病,死亡的主要原因,在美国每年造成超过600000人死亡。

这项研究发表在美国心脏协会出版的《循环研究》杂志的封面上。

过去,研究人员曾尝试3d打印从多能人类干细胞中提取的心肌细胞。多能干细胞是一种可以发展成体内任何类型细胞的细胞。研究人员将这些干细胞重新编程为心肌细胞,然后使用专门的3-D打印机将它们打印成一种名为细胞外基质的三维结构。问题是,科学家永远无法达到心脏肌肉细胞真正发挥作用的关键细胞密度。

在这项新的研究中,明尼苏达大学的研究人员改变了这一过程,并且成功了。

“一开始,我们尝试3d打印心肌细胞,但也失败了,”这项研究的首席研究员、明尼苏达大学科学与工程学院生物医学工程系主任布伦达·奥格尔(Brenda Ogle)说。“因此,凭借我们团队在干细胞研究和3d打印方面的专长,我们决定尝试一种新方法。我们优化了由细胞外基质蛋白制成的专用墨水,将墨水与人类干细胞结合,并使用墨水加细胞来3d打印室结构。干细胞首先在结构中被扩展到高细胞密度,然后我们将它们分化成心肌细胞。”

研究小组发现,他们首次可以在不到一个月的时间内达到细胞密度高的目标,使细胞能够像人类心脏一样一起跳动。

“经过多年的研究,我们准备放弃,然后我的两个生物医学工程博士生,莫莉·库普弗和林伟汉,建议我们先尝试打印干细胞,”Ogle说,他也是明尼苏达大学干细胞研究所的主任。“我们决定做最后一次尝试。我简直不敢相信,当我们在实验室里观察这个盘子时,看到整个东西自发地、同步地收缩,并且能够移动液体。”

Ogle说,这也是心脏研究的一个重要进展,因为这项新研究显示了他们如何能够以一种能够组织和协同工作的方式3d打印心肌细胞。因为这些细胞是在彼此相邻的地方分化的,这更类似于干细胞在体内生长的方式,然后变成心肌细胞。

Ogle表示,与过去其他备受关注的研究相比,这项发现创造了一个类似于封闭的囊状结构,有一个液体入口和一个液体出口,他们可以在这里测量心脏如何在体内移动血液。这使得它成为研究心脏功能的宝贵工具。

“我们现在有了一个模型来追踪和追踪在细胞和分子水平上的泵结构发生了什么,开始接近人类心脏,”Ogle说。“我们可以将疾病和损伤引入模型,然后研究药物和其他疗法的效果。”

心脏肌肉模型大约1.5厘米长,是专门设计适合进入老鼠的腹腔进一步研究。

“所有这些看起来是一个简单的概念,但如何实现它是相当复杂的。我们看到了这种潜力,认为我们的新发现可能会对心脏研究产生革命性的影响。”