近日，卡內(nèi)基·梅隆大學的研究人員發(fā)明了一種新型的水凝膠打印方法，制作了一個供醫(yī)院器官使用的全尺寸模型，研究人員通過研究實現(xiàn)了第一個3D打印全尺寸人體心臟生物模型，在內(nèi)外科醫(yī)生如何進行心臟術(shù)以及研究其他疾病方面取得了重大突破。

經(jīng)多次研究獲第一個3D生物打印全尺寸人體心臟模型

卡內(nèi)基梅隆大學生物醫(yī)學工程與材料科學工程學教授亞當·費恩伯格（Adam Feinberg）帶領(lǐng)團隊，利用定制的自由式懸浮水凝膠可逆嵌入技術(shù)（FRESH）開發(fā)了這個模型。該學院的研究人員獲得了人類心臟的第一個3D生物打印全尺寸人體心臟模型，這個模型是使用專門制造的3D打印機根據(jù)MRI數(shù)據(jù)創(chuàng)建而成，是團隊兩年來為外科醫(yī)生準備心臟手術(shù)而研發(fā)的新成果。

費恩伯格在新聞稿中說：“我們現(xiàn)在可以建立一個模型，不僅可以進行視覺訓練，還可以進行實體操作。當外科醫(yī)生進行心臟手術(shù)時，讓它像真實的組織一樣做出反應，這樣的話當醫(yī)生進入手術(shù)室時，醫(yī)生的工作經(jīng)驗會得到鍛煉和提升。

模型模仿了實際人體心臟組織的質(zhì)地（包括彈性），提供了逼真的畫面，外科醫(yī)生可以在這個畫面上鍛煉自己的技能。除了進行臨床模擬外，這個模型還具有長期潛力，影響器官生物工程的未來研究。

逼真的心臟模型，使手術(shù)醫(yī)生可以進行切割、縫合以及操作

Feinberg和他的團隊開發(fā)了一種新型3D打印軟聚合物，這種聚合物在歷史上一直很難打印，在添加制造過程中缺乏一定的剛性。為了彌補這個缺陷，F(xiàn)RESH 3D打印使用針將生物墨水注入軟水凝膠浴中，從而在打印時支撐物體。一旦完成打印，這個過程就會加熱使水凝膠融化，僅留下3D打印物體，證實FRESH是一個打印平臺，研究人員便可以打印一個完整的人體心臟，同時還專門組件了一臺新的3D打印機，專門容納凝膠支撐浴，大小要和打印比例相適應，除此之外，還要對軟件平臺進行微調(diào)，以保持打印的速度和質(zhì)量。

Feinberg說：最終的模型由海藻酸鹽的柔軟天然聚合物組成，這種聚合物使生物打印的心臟具有類似于人體心臟組織的特征，對于外科醫(yī)生來說，這意味著他們可以用類似于真實心臟的方式切割，縫合和操作模型。

事實上，盡管大型醫(yī)院已經(jīng)具備了對人體器官和身體其他部位進行3D打印模型的設(shè)施，但通常只能用硬塑料或橡膠制成，無法滿足外科醫(yī)生在模擬手術(shù)過程中的體驗感。

繼續(xù)深造人體心臟模型，力爭制造更多器官模型

研究人員在ACS生物材料科學與工程雜志上發(fā)表了有關(guān)其工作的論文。Feinberg團隊的下一步目標是讓外科醫(yī)生和臨床醫(yī)生可以從開發(fā)的技術(shù)和模型中真實地體驗到現(xiàn)實生活中醫(yī)院的手術(shù)場景。

研究人員埃曼·米爾達馬迪（Eman Mirdamadi）還希望他們的工作能為未來的生物打印技術(shù)提供信息，利用這種或類似技術(shù)制造出具有更多功能的人體器官。他在新聞稿中說：“盡管在生物打印全尺寸人體心臟上仍然存有障礙，但我們很自豪能夠使用FRESH平臺幫助建立基礎(chǔ)工作，同時展示了在現(xiàn)實中進行手術(shù)模擬的直接應用。