模仿心肌螺旋排列结构，增材纺织法造出人工心室模型

科技日报记者 刘霞 实习生 乔宇桐

美国哈佛大学工程与应用科学学院的生物学工程师首次研发出一种带有螺旋状排列心肌细胞的人类心室生物混合模型。实验表明，这种排列会使每次心脏收缩时心室的泵血量显著增加，解决了长久以来人工心脏制造的瓶颈。该研究近日发表于《科学》杂志。

螺旋状心肌带在心脏收缩时会产生扭转运动，与心脏射血量息息相关。此前，科学家们发现这种扭转运动对心室的大量泵血至关重要，但由于制造螺旋状排列的实验模型具有挑战性，难以对其进行全面了解。

研究人员使用了新的增材纺织制造方法，被称为聚焦旋转喷射纺织法，能高通量制造直径从几微米到数百纳米的螺旋排列纤维，可直接引导细胞排列，从而形成可控的组织工程结构。其工作原理是将液体聚合物溶液装入储液器，随着设备旋转，离心力将溶液从一个微小的开口推出。当溶液离开储层时，溶剂蒸发，聚合物凝固形成纤维。当纤维沉积在收集器上时，通过集中的气流控制纤维的方向。研究小组发现，通过倾斜和旋转收集器，纤维会在收集器旋转时对齐并缠绕在收集器周围，模仿心脏肌肉的螺旋结构。

研究人员表示，人类心脏实际上有多层螺旋排列的肌肉，排列角度不同。聚焦旋转喷射纺织技术可以通过一种非常精确的方式重建这些复杂的结构，形成单腔甚至四腔心脏结构。

研究人员在纤维上培养心肌细胞，比较了螺旋排列和周向排列纤维制成的心室的变形、电信号速度和射血量，结果显示螺旋排列的组织均优于周向排列的组织。