供稿人：陳文瑜、高琳 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2025-05-06
傳統(tǒng)心臟組織工程存在兩大痛點(diǎn)：一是植入的工程化組織無(wú)法與宿主心臟同步搏動(dòng)，二是電刺激依賴導(dǎo)線且存在細(xì)胞損傷風(fēng)險(xiǎn)。為解決這一問(wèn)題，伊利諾伊香檳大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于光電子活性支架的新方法，該支架由嵌入微太陽(yáng)能電池的明膠甲基丙烯酰打印而成，并接種了心肌細(xì)胞以形成光刺激組織。這種方法實(shí)現(xiàn)了無(wú)束縛、非侵入性且無(wú)損傷的光電子刺激，僅通過(guò)光即可調(diào)制心臟跳動(dòng)行為，而無(wú)需導(dǎo)線或?qū)M織進(jìn)行基因修飾。
圖1 光電子活性生物墨水的組成和3D打印技術(shù)
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)將微型太陽(yáng)能電池與明膠甲基丙烯酰胺生物墨水復(fù)合，優(yōu)化打印噴嘴參數(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了微太陽(yáng)能電池的精準(zhǔn)三維成型，可打印成任意解剖結(jié)構(gòu)以形成支架。詳細(xì)的生物學(xué)評(píng)估表明，接種在支架上的心肌細(xì)胞保持了其節(jié)律性收縮，并持續(xù)表達(dá)心臟特異性生物標(biāo)志物。此外，光電子活性支架的體外評(píng)估證實(shí)，盡管被封裝在墨水中，微太陽(yáng)能電池仍保持了其效能，在多個(gè)無(wú)束縛光電子刺激周期內(nèi)同步并加速了人源心肌細(xì)胞和大鼠心肌細(xì)胞的跳動(dòng)。
這種生物打印的光電活性心臟組織標(biāo)志著從傳統(tǒng)被動(dòng)組織構(gòu)建向動(dòng)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)的重大轉(zhuǎn)變，可能徹底改變包括神經(jīng)和肌肉組織在內(nèi)的電活性組織的治療策略。這種將軟生物材料與嵌入式電子功能相結(jié)合的方法，有望在植入式治療設(shè)備、組織工程和個(gè)性化醫(yī)學(xué)中開(kāi)辟新的視野。