增材紡織法造出人工心室模型

科技日報訊 （記者劉霞 實習生喬宇彤） 美國哈佛大學工程與應用科學學院的生物學工程師首次研發出一種帶有螺旋狀排列心肌細胞的人類心室生物混合模型。實驗表明，這種排列會使每次心臟收縮時心室的泵血量顯著增加，解決了長久以來人工心臟製造的瓶頸。該研究近日發表於《科學》雜誌。

螺旋狀心肌帶在心臟收縮時會產生扭轉運動，與心臟射血量息息相關。此前，科學家們發現這種扭轉運動對心室的大量泵血至關重要，但由於製造螺旋狀排列的實驗模型具有挑戰性，難以對其進行全面瞭解。

研究人員使用了新的增材紡織製造方法，被稱為聚焦旋轉噴射紡織法，能高通量製造直徑從幾微米到數百納米的螺旋排列纖維，可直接引導細胞排列，從而形成可控的組織工程結構。其工作原理是將液體聚合物溶液裝入儲液器，隨着設備旋轉，離心力將溶液從一個微小的開口推出。當溶液離開儲層時，溶劑蒸發，聚合物凝固形成纖維。當纖維沉積在收集器上時，通過集中的氣流控制纖維的方向。研究小組發現，通過傾斜和旋轉收集器，纖維會在收集器旋轉時對齊並纏繞在收集器周圍，模仿心臟肌肉的螺旋結構。

研究人員表示，人類心臟實際上有多層螺旋排列的肌肉，排列角度不同。聚焦旋轉噴射紡織技術可以通過一種非常精確的方式重建這些複雜的結構，形成單腔甚至四腔心臟結構。

研究人員在纖維上培養心肌細胞，比較了螺旋排列和周向排列纖維製成的心室的變形、電信號速度和射血量，結果顯示螺旋排列的組織均優於周向排列的組織。