Das Harvard Research Institute entwickelt eine 3D-gedruckte Herztechnologie, und die gedruckten Herzfilamente können von selbst wachsen

Laut dem von der Weltgesundheitsorganisation im Dezember 2020 veröffentlichten Global Health Assessment Report 2019 waren Herzerkrankungen in den letzten 20 Jahren weltweit die häufigste Todesursache, und Herzerkrankungen haben mehr Menschen als je zuvor das Leben gekostet. Die Todesfälle durch Herzkrankheiten sind seit dem Jahr 2000 um mehr als 2 Millionen gestiegen und stiegen 2019 auf fast 9 Millionen.

Es gibt viele schwerkranke Patienten, die eine Herztransplantation benötigen, aber die Wartezeiten sind immer zu lang, und es ist nicht ungewöhnlich, länger als sechs Monate oder sogar bis zum Ende des Lebens zu warten. Daher brauchen wir effektivere Alternativen zu Herzgewebe.

Im Jahr 2017 verwendete ein Forschungsteam der ETH Zürich die 3D-Drucktechnologie, um ein künstliches Silikonherz herzustellen, das wie ein Organ im menschlichen Körper schlägt, aber damalige Tests zeigten, dass es nur 30 bis 45 Minuten lang verwendet werden konnte. .

Im Jahr 2019 druckten Forscher der Universität Tel Aviv in Israel erfolgreich das erste 3D-Herz aus Patientenzellen und Biomaterialien. Obwohl es sich um ein vollständiges Herz mit Blutgefäßen und Herzkammern handelt, hat es nur die Größe eines Kaninchenherzens.

Die Regenerationsfähigkeit des Herzens selbst ist begrenzt.Obwohl diese Kunstherzen gewisse Leistungen aufweisen, können sie die hochstrukturierteStruktur und komplexen Funktionen des Myokards nicht simulieren, und ihre Rollebei der Wiederherstellung der Herzfunktion ist naturgemäß begrenzt.

Jetzt hat ein Team von Jennifer Lewis am Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering in Harvard und der Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) eine neue Reihe von Herz-Engineering-Techniken entwickelt.

Dieser Ansatz ist eine Verbesserung der bestehenden SWIFT-Bioprinting-Technologie von Wyss, die auf der 3D-Bioprinting-Plattform aufbaut. Die von den Forschern entwickelte Plattform verfügt über 1050 einzelne Vertiefungen, die jeweils zwei Mikrosäulen enthalten.

Vorgefertigte Herzorganbausteine ​​(OBBs) wurden unter Verwendung von künstlich induzierten, aus pluripotenten Stammzellen gewonnenen Kardiomyozyten (hiPSCs-CMs) gebildet, die dann von den Mikrosäulen entfernt und als Rohmaterialien für die Herstellung dichter Biotinten mit einem 3D-Drucker während verwendet wurden des Druckprozesses Kopfbewegung zur weiteren Ausrichtung.

Nach Versuchen waren die Forscher in der Lage, komplizierte und unterschiedliche Anordnungen von ausgerichteten Herzgewebeblättern zu drucken, die wie echtes menschliches Myokard organisiert waren und funktionierten.

Um die kontraktilen Eigenschaften der gedruckten Herzstrukturen zu testen, druckten die Forscher auch „große Filamente“, die die beiden großen Säulen verbinden, und stellten fest, dass die von den Filamenten erzeugte Kontraktionskraft und Kontraktionsgeschwindigkeit über 7 Tage zunahm, was darauf hinweist, dass das Herz dünn ist. Die Filamente reifen weiter zu echten muskelähnlichen Filamenten.

Dies bedeutet, dass diese Technik die Anordnung des kardialen systolischen Systems in seiner gesamten Hierarchie effektiv simulieren kann, von einzelnen Zellen bis hin zu dickerem Herzgewebe, das aus mehreren Schichten besteht, was wichtig ist, um funktionelle Herzen für die Ersatztherapie zu erzeugen.Gewebe ist kritisch und kann es auch verwendet werden, um mehr physiologische Krankheitsmodelle zu generieren.

Mit dieser Technologie könnte es in Zukunft möglich sein, hochstrukturierte Myokardpatches zu erstellen, die bei verschiedenen Patienten genau zum Ort eines Herzinfarkts passen. Beispielsweise könnten patientenspezifische „Löcher“ im Herzen von Neugeborenen mit angeborenen Herzfehlern maßgefertigt werden, um sie zu flicken, und die Pflaster könnten sich mit dem Kind entwickeln, anstatt mit dem Wachstum des Kindes ersetzt werden zu müssen.

Obwohl es noch ein langer Weg ist, bis zur Realisierung eines voll funktionsfähigen und vollständigen Herzens aus dem 3D-Druck, ist das Aufkommen dieser Technologie bereits ein großer Fortschritt, und es ist möglicherweise nicht mehr weit von dem Tag entfernt, an dem es schwierig sein wird, es wieder loszuwerden das "medizinische Herz".

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