3D生物打印心脏为外科医生提供了新工具

亚当·费恩伯格（Adam Feinberg）和他的团队使用他们的悬浮水凝胶自由形式可逆嵌入技术（FRESH）创建了第一个全尺寸3D生物打印的人类心脏模型。该模型是使用特殊的3D打印机根据MRI数据创建的，实际上模拟了心脏组织和缝合线的弹性。这个里程碑代表了两年研究的高潮，既为外科医生和临床医生带来了直接的希望，也为生物工程器官研究的未来带来了长期的影响。

Feinberg的实验室发明了3D生物打印的FRESH技术，以满足对3D打印的软聚合物的空缺需求，这种软聚合物缺乏像普通打印那样不受支撑的刚性。 FRESH 3D打印使用针头将生物墨水注入柔软的水凝胶浴中，该水凝胶在打印时支撑对象。完成后，简单加热即可使水凝胶融化，仅留下3D生物打印对象。

生物医学工程和材料科学与工程学教授费恩伯格（Feinberg）证明了FRESH技术的多功能性和逼真度，但实现这一里程碑的主要障碍是全面印刷人类心脏。这就需要建造新的定制3D打印机，以容纳足够大的凝胶支持槽以按所需大小进行打印，并且需要进行较小的软件更改以保持打印速度和保真度。

大型医院通常会提供用于患者身体3D打印模型的设施，以帮助外科医生对患者进行教育并为实际手术做计划；但是，这些组织和器官只能用硬塑料或橡胶建模。 Feinberg团队的心脏由柔软的天然聚合物海藻酸盐制成，其性质类似于真实的心脏组织。对于外科医生而言，这可以创建可以以类似于真实心脏的方式进行切割，缝合和操纵的模型。 Feinberg的近期目标是开始与外科医生和临床医生合作，以微调他们的技术，并确保其已准备好用于医院。

“我们现在可以建立一个不仅可以进行视觉规划，还可以进行体育锻炼的模型，” Feinberg说。 “外科医生可以对其进行操作，并使其真正像真实的组织一样做出反应，因此，当他们进入手术部位时，在这种情况下，他们将获得更多的现实实践。”

这篇论文代表了生物工程化人体器官的漫长道路上的另一个重要标志。像Feinberg的小组所创造的那样，柔软的，具有生物相容性的支架可能有一天会提供细胞粘附并形成器官系统的结构，从而使生物医学距离修复或替换整个人体器官的能力更近了一步。

该出版物的主要作者埃曼·米尔达马迪（Eman Mirdamadi）补充说：“尽管在生物打印全尺寸的功能性人类心脏方面仍然存在主要障碍，但我们很自豪能够使用FRESH平台帮助建立其基础基础，同时展示了在实际外科手术模拟中的即时应用。”

该论文发表在ACS生物材料科学与工程学杂志上，由Feinberg的学生Joshua W. Tashman，Daniel J. Shiwarski，Rachelle N. Palchesko和以前的学生Eman Mirdamadi合着。