用于心臟組織工程的多尺度導(dǎo)電支架的電流體動力學(xué)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(xué)研究團隊利用熔融的電流體動力學(xué)3D打印技術(shù)，印刷出了具有多尺度、多導(dǎo)向的纖維導(dǎo)電支架，來模擬心臟組織，從而引導(dǎo)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(dǎo)心肌細胞的生長、收縮，其中具有良好的導(dǎo)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(dǎo)電支架

西安交通大學(xué)研究團隊利用電流體動力學(xué)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(dǎo)電浦肯野纖維的納米級PEDOT：PSS-PEO導(dǎo)電纖維。將PCL纖維和導(dǎo)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(dǎo)向的導(dǎo)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(dǎo)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(xué)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(dǎo)電支架較單尺度支架能夠更好引導(dǎo)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.