中評社北京7月12日電／據參考消息網報道，據美國《科學日報》網站7月8日報道，美國哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的生物工程師們，開發了首個人類心室的生物混合模型，該模型具有呈螺旋狀排列的跳動的心肌細胞。他們還證明，特定的肌肉排列方式確實可以顯著增加心室每次收縮時的泵血量。
這一進步是生物工程師們利用一種新的增材紡織制造方法——聚焦旋轉噴射紡絲（FRJS）——實現的。該方法能够高通量制造直徑從數百納米到幾微米不等的螺旋排列纖維。FRJS由SEAS生物工程和應用物理學教授基特·帕克領導的疾病生物物理學小組研發。
該研究論文發表在美國《科學》周刊上。
論文資深作者帕克說：“在器官生物制造領域，該研究是向前邁出的重要一步，它讓我們距離制造一顆用於移植的人類心臟的最終目標更近一步。”
這項研究源於一個古老的謎團。1669年，英國醫生理查德·洛爾在他的開創性著作《心臟學論》中首次指出，心肌呈螺旋狀排列。
在接下來的3個世紀裡，醫生和科學家們對心臟的結構有了更全面的了解，但令人沮喪的是，研究這些呈螺旋狀排列的肌肉的功能難度仍很高。
1969年，美國亞拉巴馬大學伯明翰醫學院生物數學系的愛德華·薩林認為，心肌呈螺旋狀排列對於射血分數達到較高水平至關重要。射血分數指的是，心室每次收縮時泵出血液的百分比。
SEAS的博士後研究員、該論文的共同第一作者約翰·齊默爾曼說：“我們的目標是建立一個模型，我們能够利用它來驗證薩林的假設，并研究心肌螺旋結構的相對重要性。”
SEAS的研究人員利用FRJS系統來控制紡出纖維的排列方式，他們可以在這些纖維上培育心肌細胞。＜nextpage＞
FRJS第一步的原理與棉花糖機類似——將液態聚合物溶液裝入儲液罐中，并在設備旋轉時利用離心力將溶液從一個微小的開口中甩出。隨著溶液離開儲液罐，溶劑蒸發，聚合物凝固形成纖維。然後，隨著纖維沉積在收集器上，一股集中氣流會控制纖維的方向。研究小組發現，通過傾斜和旋轉收集器，纖維會圍繞收集器排列并彎曲，從而模仿心肌的螺旋結構。可以通過改變收集器的角度來調整纖維的排列方式。
FRJS能够快速紡出單微米級的纖維——直徑不足一根人類頭發絲的1／50。當涉及從頭開始制造一顆心臟時，這一點很重要。比如，膠原蛋白的直徑只有1微米。在這一分辨率水平，3D打印人類心臟中的所有膠原蛋白需要100多年時間。而FRJS可以在一天內完成。
之後，研究小組利用FRJS方法制造的心室會被植入大鼠心肌細胞或由人類幹細胞衍生的心肌細胞。在大約一周的時間裡，幾層薄薄的跳動的組織覆蓋了支架，細胞依照下面纖維的排列方式排列。
這些跳動的心室模仿了人類心臟中的扭轉運動。
研究人員比較了由螺旋排列纖維制成的心室和由圓周方向排列纖維制成的心室的變形情況、電信號傳輸速度和射血分數。他們發現，前者在各方面都優於後者。
該研究小組還證明，這一過程的規模可以擴展到真正的人類心臟大小，甚至更大，達到小須鯨心臟的大小。 |
