用于心臟組織工程的多尺度導電支架的電流體動力學3D打印

供稿人:高慧、高琳
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

在進行體外心肌自主收縮的研究時，模擬體外心肌的分層微體系結(jié)構(gòu)在心臟組織工程中起著重要作用。近日，西安交通大學研究團隊利用熔融的電流體動力學3D打印技術(shù)，印刷出了具有多尺度、多導向的纖維導電支架，來模擬心臟組織，從而引導心肌細胞的同步收縮。

圖1 心肌機構(gòu)

心肌細胞不同于其他細胞，心肌細胞會自主、節(jié)律性跳動，并且同步收縮，基于此，心肌的結(jié)構(gòu)也有一定的特殊性，從內(nèi)膜到外膜，心肌由多層特定取向的電活性組織組成，并分布著多種纖維。這些纖維引導心肌細胞的生長、收縮，其中具有良好的導電性的浦肯野纖維對心肌細胞同步收縮起著重要作用。

圖2 多尺度導電支架

西安交通大學研究團隊利用電流體動力學技術(shù)，用聚己內(nèi)酯打印出了模擬膠原纖維的微米級PCL纖維，用聚環(huán)氧乙烷、PEDOT：PSS溶液打印出了模擬導電浦肯野纖維的納米級PEDOT：PSS-PEO導電纖維。將PCL纖維和導電纖維以一定的方向間隔平行排列，旋轉(zhuǎn)45度再鋪一層，以此類推，鋪四層，這樣就形成了多層導向的導電支架，來模擬心肌多層特定取向的結(jié)構(gòu)。在這種多尺度導電支架上種植心肌細胞，可以使得心肌細胞根據(jù)纖維排列方向生長，并增強細胞間的通訊，以實現(xiàn)同步收縮。

通過該種混和的電流體動力學3D打印技術(shù)為特殊的肌肉組織提供了一種創(chuàng)新方法，以滿足特定組織的不同需求，這種多尺度導電支架較單尺度支架能夠更好引導細胞層特異性排列，對心肌細胞的體外培養(yǎng)提供了創(chuàng)新思路。

利用該實驗下的多尺度支架培養(yǎng)心肌細胞，對心肌細胞的研究有重要作用，對心臟的再生也提供了可能，對心臟相關(guān)疾病的治療有重要的意義。

參考文獻：
Qi Lei, Jiankang He and Dichen Li, Electrohydrodynamic 3D printing of layer_specifically oriented, multiscale conductive scaffolds for cardiac tissue engineering, Nanoscale, 2019,11, 15195-15205.