用胶原蛋白制造心脏瓣膜

卡内基梅隆大学的研究人员已经开发出一种3D打印人类心脏部件的方法，考虑到英国约有740万人患有心脏和循环系统疾病，这可能是有益的。这些部件是由胶原蛋白构成的，胶原蛋白是我们身体的主要结构蛋白，它们的工作原理就像真正的心脏组织一样。打印胶原蛋白一直是生物医学工程的一个主要障碍，但现在该团队已经取得了巨大的飞跃。这篇论文的主要作者之一安德鲁·哈德森(Andrew Hudson)对菲尔·桑索姆(Phil Sansom)说:

卡内基梅隆大学的一群生物医学工程师一直在研究一件惊人的事情:3D打印人类心脏。这都要归功于他们名为FRESH的特殊3D打印技术。

Andrew - Fresh代表悬浮水凝胶的自由形式可逆嵌入，这是一项非常强大的技术，它可以让我们3D打印液体。

菲尔-这是研究员安德鲁·哈德森。他说，打印液体之所以有用，是因为你可以打印胶原蛋白。胶原蛋白是一种蛋白质，是我们体内含量最多的蛋白质。有些人称之为生物打印的圣杯，3D打印非常困难。

即使只是打印，任何材料的长度或胶原蛋白的几何形状在这个领域都是非常非常困难的。

菲尔:那是因为要把胶原蛋白变成有用的凝胶，你必须在它还是液体的时候把它打印出来。

如果你只是尝试3D打印，在空气中它会在你的建造板上坍塌，你最终会得到一个水坑。

菲尔-人们试图通过用明胶固化来解决这个问题，但最终的结果不是很自然。FRESH技术采用了一种不同的方法。

安德鲁:我们在一桶支撑材料中进行3D打印，支撑材料有一个非常重要的物理特性，它有所谓的屈服应力，这意味着;你必须对这种材料施加最小的力，然后它就开始像液体一样流动。这和蛋黄酱很相似，如果你把一罐蛋黄酱倒过来，它不会晃动到底部，因为它有屈服应力。但只要你能用刀把它舀出来你就可以把它涂在面包上，因为这时你已经把它剪得足够了，它就可以像液体一样流动了。所以我们要打印的东西，具有那种物理性质，这使我们能够把材料注入进去，然后在打印过程中给它垫上缓冲，防止它坍塌。

菲尔-这种支持材料，实验室自己的秘密武器，是他们在最近的论文中真正改进的。通过使支撑材料的颗粒更小，他们已经能够以更高的分辨率进行3D打印。

你可以这样想，就像在沙滩上画画一样。所以如果你试着在砂石上画蒙娜丽莎，你无法得到高分辨率的图像，就像你试着在细沙上打印一样。现在这个类比的精度可以移动我的手是由多贵你的打印机和你有什么硬件,我的手指的厚度只是类似于我的针的宽度,然后,最重要的部分就是我们改进本文是减少这些粒子的大小,因此获得更高分辨率的图像,我们试图打印一层一层地。

菲尔:有了这种精细的控制，他们可以打印各种各样的结构，从圆柱体到像动脉和静脉一样的管道网络。

在论文中我们所做的是，我们从某人的心脏动脉中获取了病人的特定数据，然后我们将这些数据合并，然后通过计算填补了一些空白，所以我们有了这个非常有趣的结构，它结合了病人的数据，以及计算生成的管道。

菲尔-他们甚至可以3D打印定制心脏瓣膜。

值得注意的是，我们做了第一个概念证明，功能心脏瓣膜。在心脏瓣膜替换和修复方面有巨大的市场。

菲尔-目前，有两种方法可以替代心脏瓣膜。你可以选择机械的或者生物假肢。机械的通常是金属的，可以很好地设计但有很高的凝血风险，所以你需要在你的余生中使用血液稀释剂。生物假肢可能来自猪或牛，你不需要血液稀释剂，但这些都不会持续很长时间。

安德鲁:我们可以把这两个世界的优点和生物打印结合起来，理论上，我们可以有工程设计和所有我们可以模拟的标准，在我们第一次建造任何东西之前，但我们可以用我们知道的材料打印出来，我们喜欢的生物假体瓣膜非常适合血液。显然，这是一个非常漫长的10年以上的监管途径，但我们真的很高兴尝试并实际做针对患者的生物打印医疗设备。

菲尔-安德鲁·哈德森和他的同事们看到了这种新鲜3D打印技术的巨大范围。

安德鲁:我们的技术真正强大的地方在于，我们可以把它用在价值1000美元左右的打印机上。目前的生物打印机可以从最少1万个轻松地增加到100万个。我们认为我们在论文中非常有说服力地表明，你所拥有的硬件并不像你如何打印这些东西那么重要。我们展示的是，只要一台1000美元的3D打印机，使用FRESH技术，你就能胜过一台100万美元的打印机。因此，让任何一所大学，甚至高中开始拥有生物打印机是非常现实的。所以我们真的在降低生物打印的成本，并试图让更多的人进入这个领域，这样他们就可以创新。