6自由度的全新机器人手臂，协同3D打印铸造可以跳动的心肌组织

导读：在生物打印领域，研究人员设计了全新的六运动自由度机器人手臂，配合生物3D打印功能，构筑了可以跳动的心肌组织，这些体外构架的心肌组织已经成功连续跳动了6个月。

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▲机器人手臂结合3D细胞打印的示意图

南极熊2022年2月26日获悉，来自中国科学院的研究人员已经设法克服了传统3D打印方法在创建人造心脏组织的种种困难，结合6自由度的机器人手臂制造了具有生命力的心肌组织。这种新颖的3D打印方法不仅成功地制造了一种可行的血管类器官，而且在持续6个月中始终保持生命火星。这篇论文中文名为"一种基于机器人的多轴生物打印系统，支持自然细胞功能保存和心脏组织制造"，文章的摘要如下：

▲心肌组织的构筑过程

尽管人工组织和器官工程近年来取得了极大的进展，但如何产生大尺寸的功能复杂的体外器官仍然是再生医学的一大挑战。三维生物打印已经证明了其制造简单组织的能力和优势，但它在复杂器官生产中仍然难以产生脉管系统和保持细胞功能。在这里，我们通过将六自由度的机械臂结合生物打印机来克服传统生物打印系统的局限性，从而能够从各个方向在3D复杂形状的血管支架上进行细胞打印。我们还开发了一种基于油浴的细胞打印方法，以更好地保持打印后的细胞自然功能。结合自行设计的生物反应器培养策略，我们的生物打印系统能够自发产生血管，并且形成可收缩和长期存活的心脏组织。这种生物打印策略模仿了体内器官的发育过程，并为复杂器官的体外制造提供了一种有前途的解决方案。

▲心肌组织的打印过程

典型的三维分层打印方法不适合创建复杂的血管网络，因为堆叠通常会损坏细胞，而将它们粘合在一起的生物材料会阻止它们作为器官组织的功能。这就是为什么研究人员用六个旋转关节对机械臂进行了编程，从各个方向在支架上种植细胞，该过程几乎没有损伤，从而逐步产生血管内皮细胞，直到形成新的毛细血管。不仅如此，他们还使用两个这样的机械臂同时将不同的细胞类型（如心肌细胞）种植在支架上，这是组织工程界的一大进步。

▲油浴打印以及心肌组织的培养环境

通过应用这种打印和分化策略，研究人员最终在管状支架上制造了一块血管化的心肌组织（长2厘米，厚度200-500μm，总面积～1.256 cm2），保持收缩至少6个月。我们在体外培养第30天和第180天对心脏组织进行了组织学分析，发现在这两个时间点都没有明显的组织损伤。此外，心肌细胞呈现良好的Z线横纹排列，表明制造的心脏组织已经发育并维持了完整的肌原纤维结构，这是心脏收缩的生理基础。

▲心肌组织的细胞形态