2022年世界十大科技進展新聞

人造心臟研究取得重要進展

   為了從頭開始構(gòu)建人類心臟，研究人員需要復制構(gòu)成心臟的獨特結(jié)構(gòu)。這包括重建螺旋幾何形狀——當心臟跳動時，螺旋幾何形狀會產(chǎn)生扭曲的運動。長期以來，人們一直認為這種扭曲運動對大量抽血至關(guān)重要，但事實證明這一點很困難，部分原因是創(chuàng)造具有不同幾何形狀和排列的心臟具有挑戰(zhàn)性。

   如今，美國哈佛大學約翰•保爾森工程與應(yīng)用科學學院（SEAS）生物工程師使用一種新的增材紡織品制造方法（FRJS），開發(fā)了第一個具有螺旋排列跳動心臟細胞的人類心室生物雜交模型，并證明其肌肉排列確實會顯著增加每次收縮時心室泵出的血液量。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于2022年7月7日出版的《科學》。

   該研究的目標是建立一個模型，從而測試心臟的螺旋對齊是否對達到大射血分數(shù)（即每次收縮時心室泵送的血液的百分比）至關(guān)重要，并研究心臟螺旋結(jié)構(gòu)的相對重要性。

   研究人員使用FRJS系統(tǒng)來控制紡纖維的對齊，他們可以在上面生長心臟細胞。FRJS的第一步就像棉花糖機一樣——液體聚合物溶液被裝入儲層，并在設(shè)備旋轉(zhuǎn)時被離心力從一個小開口推出。當溶液離開儲層時，溶劑蒸發(fā)，聚合物凝固形成纖維。然后，聚焦氣流控制纖維沉積在收集器上的方向。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過傾斜和旋轉(zhuǎn)收集器，溪流中的纖維會在收集器旋轉(zhuǎn)時對齊和扭曲，模仿心肌的螺旋結(jié)構(gòu)，改變收集器的角度可以調(diào)整纖維的對齊。

   與3D打印不同，F(xiàn)RJS可以以單微米比例快速旋轉(zhuǎn)纖維，或比單根人類頭發(fā)小約50倍。當涉及到從頭開始建立一顆心臟時，這一點很重要。以膠原蛋白為例，在這個分辨率下，3D打印人類心臟的每一點膠原蛋白需要100多年的時間，F(xiàn)RJS可以在一天內(nèi)完成。

   紡織后，研究人員分別在心室中植入大鼠心肌細胞或人干細胞來源的心肌細胞。大約一周內(nèi)，幾層薄薄的跳動組織覆蓋在支架上，細胞沿著下面的纖維對齊。跳動的心室模仿了人類心臟中相同的扭曲運動。

   這項工作是朝著器官生物制造邁出的重要一步，使人們更接近于建立用于移植的人體心臟的最終目標。■