對於(yu) 人體(ti) 器官，膠原蛋白是人體(ti) 大多數組織和器官的主要成分，而被稱為(wei) “細胞外基質”（ECM）的組織也是非常重要的，但事實證明在實驗室中是很難使用3D打印來生產(chan) 。

由美國匹茲(zi) 堡卡內(nei) 基梅隆大學的一組研究人員現已開發出一種新技術，該技術利用支持凝膠對含有膠原蛋白的3D打印心髒組織進行處理。這種被稱為(wei) FRESH（用於(yu) 懸浮水凝膠的自由形式可逆嵌入）的方法可以產(chan) 生從(cong) 毛細管到整個(ge) 器官的各種規模化的心髒部分。當使用人類心肌細胞製造時，這種結構甚至會(hui) 收縮。

該蛋白質網絡可以提供各種細胞執行正常功能所需的結構和生化信號。 出乎意料的是傳(chuan) 統的生物製造方法無法重建複雜的ECM架構， 都是過去進行3D生物打印的前提條件。

團隊開發出的新技術正好能夠解決(jue) 這項問題。FRESH 讓膠原蛋白可以逐層沉積在凝膠支架中留待固化。在列印完成後，透過將凝膠從(cong) 室溫加熱到體(ti) 溫，研究人員可以熔化去除用來支撐的凝膠，而不會(hui) 損壞由膠原蛋白或細胞構成的印刷結構。

不僅(jin) 限於(yu) 膠原蛋白，包括纖維蛋白、藻酸鹽和透明質酸在內(nei) 的各種軟凝膠也可以使用 FRESH 技術進行 3D 生物列印，研究人員還開發了開源設計，讓從(cong) 醫學實驗室到高中科學課程的任何人都可以建立並獲得低成本、高性能的 3D 生物列印機。

3D生物打印可生成膠原蛋白以重建心髒

一種3D生物打印膠原蛋白的技術，可製造人心髒的全部功能組件。

盡管3D打印（也稱為(wei) 增材製造）自1980年代開始出現，但直到最近的二十年，研究人員才使用3D打印來製造用於(yu) 再生醫學的生物細胞和結構。

該技術最近隨著圖案化組織的製造，可以注入活細胞和營養(yang) 物的血管樣網絡以及可植入支架的發展而突飛猛進。

如何打印出柔軟的膠原蛋白

印刷活細胞和諸如細胞外基質（ECM）蛋白之類的軟生物材料（如膠原蛋白）一直很困難。“這是因為(wei) 細胞和組織柔軟而多汁，這意味著要在不塌陷的情況下進行3D打印幾乎是不可能的，到目前為(wei) 止3D生物打印通常僅(jin) 限於(yu) 非常薄和很小的支架。

我們(men) 通過在“支持”凝膠內(nei) 進行3D生物打印解決(jue) 了這個(ge) 問題，凝膠可防止細胞和水凝膠（類似於(yu) 明膠）倒塌。”

利用既有的技術，研究人員能夠3D打印膠原蛋白（膠原蛋白是人體(ti) 中的主要結構蛋白），與(yu) 我們(men) 能夠輕鬆地3D打印塑料，金屬和其他材料一樣。“能夠做到這一點意味著我們(men) 現在可以打印出具有生物學功能的支架和組織，”

全新改良的FRESH技術支架提供了支撐

該團隊於(yu) 2015年首次提出其FRESH技術，現已開發出一種新的改進版本，該版本利用pH的快速變化來自組裝膠原蛋白並迫使其固化。

該方法的工作原理是在3D打印機中從(cong) 針頭擠出含有未修飾膠原蛋白的生物墨水，該墨水包含由明膠微粒漿液組成的特殊支撐液，該懸浮液在打印過程中提供支撐。

針頭擠出膠原蛋白和細胞的薄層，然後將這些層堆疊在一起以創建3D對象。打印完成後，研究人員將溫度從(cong) 室溫升至體(ti) 溫（37°C），這將使支撐物緩慢融化並釋放出已打印的支架。

研究人員說，技術可以產(chan) 生具有功能結構的複雜結構，該結構可以進一步嵌入到活細胞或複雜的類血管網絡中，打印分辨率可達20微米。

使用人的心肌細胞打印出的心室能夠同步收縮並在特定方向上傳(chuan) 播動作電位，就像真實的心髒一樣。

在稱為(wei) 峰值收縮期的心跳階段，心髒壁也會(hui) 增厚多達14％-再次類似於(yu) 真實器官。

特定於(yu) 患者的解剖結構

對出於(yu) 研究而言，我們(men) 還可以創建為(wei) 患者特定的解剖結構，當我們(men) 從(cong) 患者整個(ge) 心髒或隻是心髒瓣膜等成分的磁共振成像（MRI）或微型計算機斷層掃描（CT）圖像開始

這使我們(men) 能夠創建與(yu) 患者匹配的3D計算機模型。然後我們(men) 會(hui) 使用計算機將心髒瓣膜的3D模型轉換為(wei) 告訴3D打印機該怎麽(me) 做的動作指令。

目前沒有其他方法可以對FRESH實現具有分辨率和逼真度的3D生物打印膠原蛋白進行3D打印。

重要的是該技術還可以使用未經修飾的膠原蛋白，這意味著我們(men) 可以印刷純膠原蛋白，並利用pH的變化將液態膠原蛋白轉變成凝膠。其他能夠打印膠原蛋白的方法通常需要化學修飾膠原蛋白或將其與(yu) 其他材料混合以提高可印刷性。”

在組織工程和再生醫學中有著廣泛的應用

目前研究人員正在專(zhuan) 注於(yu) 構建心髒及其組成部分。真正令人興(xing) 奮的是膠原蛋白是人體(ti) 幾乎所有組織和器官中的主要蛋白質，在組織工程和再生醫學中具有廣泛的應用

有研究組織還為(wei) FRESH開發了定製的生物打印機，並將設計作為(wei) 開源硬件發布，還希望研究界能夠廣泛地采用。有望在未來幾年中導致針對多種疾病的新研究和最終治療。

該研究小組還表示現在正忙於(yu) 繼續建立更複雜的心髒細胞模型-最初了解心肌的形成和功能，而且還希望長期替換心髒受損區域。

使用3D增材打印技術來複製心髒器官無論是對於(yu) 治療還是器官移植僅(jin) 僅(jin) 隻是開始，而在人體(ti) 的其他部位進行的3D打印複製克服種種困難才是這項技術走向成熟的一刻，包括建立膠原蛋白支架來修複受損的骨骼肌，使氣管和其他組織再生、複製乳腺細胞改善乳腺癌的治療等還待科學家進一步的擴展

如果某一天國家發達到一定程度處於(yu) 為(wei) 民生著想而不是經濟效益，癌症不可治療也可能會(hui) 變得不再可怕，那才是我未來美好生活的通行證。