3D打印人体器官的潜在前景是当今科学研究前沿中最让人兴奋、最具革命性意义的领域之一。客观地说，尽管全世界的生物打印技术研发日新月异，但是距离科学家们的终极目标——3D打印出一个具有生命力的、能够跳动的心脏仍有很大的距离。
近日，美国卡耐基梅隆大学（CMU）的研究人员又获得了最新进展。一群科学家使用一台特别改装的3D打印机上使用软性材料打印出了冠状动脉和胚胎心脏的非生命复制体。

“我们已经能够用非常柔软的材料，比如胶原蛋白、藻酸盐凝胶和纤维蛋白等，根据冠状动脉的MRI图像和胚胎心脏的3D图像以前所未有的分辨率和质量3D打印出他们。”CMU的材料科学、工程与生物医学工程副教授Adam Feinberg称。

Adam Feinberg

当前科学家们在生物打印过程中所面临的最大问题之一就是所使用的材料太过柔软和脆弱。通常我们使用塑料和金属材料进行逐层3D打印时，材料在离开喷嘴之后会迅速硬化，其硬度足以支撑其层层堆叠而没有崩溃的危险是。但是在打印柔软的生物材料时这种危险就成了拦路虎。“这种软材料有点像果冻，它们在3D打印时很容易在自己的重压下崩溃。”Feinberg解释说，“所以我们发明了一种方法在一种支撑性材料中打印这些生物材料。简单地说，我们是在一种凝胶中间3D打印另外一种凝胶，这使我们能够准确定位软质材料的逐层打印。”

CMU的科学家们将他们的凝胶技术称为“FRESH”（Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels，悬浮凝胶的自由可逆嵌入）。不过这并不是研究人员头一次使用凝胶来支撑脆弱的生物材料3D打印结构了。上个月，美国佛罗里达大学的科学家们使用了类似的创新方法用人类细胞核其它软质材料进行3D打印。他们的方法涉及到了一种名为Carbopol EDT 2020的水凝胶颗粒的使用，这是一种有点像普通洗手液的产品，能够起到支架的作用使生物打印的结构固定在3D空间里。
延伸阅读：《科学家开发出在凝胶内部进行3D打印的方法》
那么CMU的方法与之有什么区别吗？尽管使用凝胶促进软结构3D打印的方法在之前已经被使用，但是CMU团队声称他们使用了完全不同的方法与材料。“在过去十年里，使用各种材料进行3D打印已经成了组织工程领域中的一个共同趋势，但直到现在，还没有身能够开发出一种能够组装像胶原蛋白或者纤维蛋白这种常见组织工程凝胶的方法。”CMU生物医学工程的研究生、此项研究的主要作者TJ Hinton称。此外，该研究团队声称，在他们的FRESH工艺中，起支撑作用的凝胶稍微加热就很容易融化、去除，避免了对于柔嫩的生物分子或细胞产生可能的损害。
此外，CMU开发的该3D生物打印技术的另一大优势是其3D打印硬件成本非常低。据天工社所知，目前市场上大多数3D生物打印机的价格动辄超过10万美元，而Feinberg的团队只用一台普通的桌面3D打印机（如MakerBot）就改装成了符合要求的生物打印设备。而且他们充分利用了开源的软件和硬件，以便于随时修改，满足自己的需要。

“它不仅制作成本低，而且开源软件的使用使我们可以调整随时打印参数，以最大限度地优化我们的打印质量。”Feinberg解释说。“它真的能够使我们加快新材料的开发和在这个领域内的创新。”据了解，研究团队计划在一个开源许可协议的条件下向公众公开这这款具有革命意义的生物打印机的设计。
更多关于这项发明的详细信息请参阅最新一期的《Science Advances》杂志。

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来源：天工社

3D打印人体器官的潜在前景是当今科学研究前沿中最让人兴奋、最具革命性意义的领域之一。客观地说，尽管全世界的生物打印技术研发日新月异，但是距离科学家们的终极目标——3D打印出一个具有生命力的、能够跳动的心脏仍有很大的距离。
近日，美国卡耐基梅隆大学（CMU）的研究人员又获得了最新进展。一群科学家使用一台特别改装的3D打印机上使用软性材料打印出了冠状动脉和胚胎心脏的非生命复制体。

“我们已经能够用非常柔软的材料，比如胶原蛋白、藻酸盐凝胶和纤维蛋白等，根据冠状动脉的MRI图像和胚胎心脏的3D图像以前所未有的分辨率和质量3D打印出他们。”CMU的材料科学、工程与生物医学工程副教授Adam Feinberg称。

Adam Feinberg

当前科学家们在生物打印过程中所面临的最大问题之一就是所使用的材料太过柔软和脆弱。通常我们使用塑料和金属材料进行逐层3D打印时，材料在离开喷嘴之后会迅速硬化，其硬度足以支撑其层层堆叠而没有崩溃的危险是。但是在打印柔软的生物材料时这种危险就成了拦路虎。“这种软材料有点像果冻，它们在3D打印时很容易在自己的重压下崩溃。”Feinberg解释说，“所以我们发明了一种方法在一种支撑性材料中打印这些生物材料。简单地说，我们是在一种凝胶中间3D打印另外一种凝胶，这使我们能够准确定位软质材料的逐层打印。”

CMU的科学家们将他们的凝胶技术称为“FRESH”（Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels，悬浮凝胶的自由可逆嵌入）。不过这并不是研究人员头一次使用凝胶来支撑脆弱的生物材料3D打印结构了。上个月，美国佛罗里达大学的科学家们使用了类似的创新方法用人类细胞核其它软质材料进行3D打印。他们的方法涉及到了一种名为Carbopol EDT 2020的水凝胶颗粒的使用，这是一种有点像普通洗手液的产品，能够起到支架的作用使生物打印的结构固定在3D空间里。
延伸阅读：《科学家开发出在凝胶内部进行3D打印的方法》
那么CMU的方法与之有什么区别吗？尽管使用凝胶促进软结构3D打印的方法在之前已经被使用，但是CMU团队声称他们使用了完全不同的方法与材料。“在过去十年里，使用各种材料进行3D打印已经成了组织工程领域中的一个共同趋势，但直到现在，还没有身能够开发出一种能够组装像胶原蛋白或者纤维蛋白这种常见组织工程凝胶的方法。”CMU生物医学工程的研究生、此项研究的主要作者TJ Hinton称。此外，该研究团队声称，在他们的FRESH工艺中，起支撑作用的凝胶稍微加热就很容易融化、去除，避免了对于柔嫩的生物分子或细胞产生可能的损害。
此外，CMU开发的该3D生物打印技术的另一大优势是其3D打印硬件成本非常低。据天工社所知，目前市场上大多数3D生物打印机的价格动辄超过10万美元，而Feinberg的团队只用一台普通的桌面3D打印机（如MakerBot）就改装成了符合要求的生物打印设备。而且他们充分利用了开源的软件和硬件，以便于随时修改，满足自己的需要。

“它不仅制作成本低，而且开源软件的使用使我们可以调整随时打印参数，以最大限度地优化我们的打印质量。”Feinberg解释说。“它真的能够使我们加快新材料的开发和在这个领域内的创新。”据了解，研究团队计划在一个开源许可协议的条件下向公众公开这这款具有革命意义的生物打印机的设计。
更多关于这项发明的详细信息请参阅最新一期的《Science Advances》杂志。

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来源：天工社