供稿人：陳文瑜、高琳 供稿單位：西安交通大學精密微納制造技術(shù)全國重點實驗室 發(fā)布日期：2025-05-06
傳統(tǒng)心臟組織工程存在兩大痛點：一是植入的工程化組織無法與宿主心臟同步搏動，二是電刺激依賴導線且存在細胞損傷風險。為解決這一問題，伊利諾伊香檳大學的研究團隊提出了一種基于光電子活性支架的新方法，該支架由嵌入微太陽能電池的明膠甲基丙烯酰打印而成，并接種了心肌細胞以形成光刺激組織。這種方法實現(xiàn)了無束縛、非侵入性且無損傷的光電子刺激，僅通過光即可調(diào)制心臟跳動行為，而無需導線或?qū)M織進行基因修飾。
圖1 光電子活性生物墨水的組成和3D打印技術(shù)
研究團隊通過將微型太陽能電池與明膠甲基丙烯酰胺生物墨水復合，優(yōu)化打印噴嘴參數(shù)，成功實現(xiàn)了微太陽能電池的精準三維成型，可打印成任意解剖結(jié)構(gòu)以形成支架。詳細的生物學評估表明，接種在支架上的心肌細胞保持了其節(jié)律性收縮，并持續(xù)表達心臟特異性生物標志物。此外，光電子活性支架的體外評估證實，盡管被封裝在墨水中，微太陽能電池仍保持了其效能，在多個無束縛光電子刺激周期內(nèi)同步并加速了人源心肌細胞和大鼠心肌細胞的跳動。
這種生物打印的光電活性心臟組織標志著從傳統(tǒng)被動組織構(gòu)建向動態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)的重大轉(zhuǎn)變，可能徹底改變包括神經(jīng)和肌肉組織在內(nèi)的電活性組織的治療策略。這種將軟生物材料與嵌入式電子功能相結(jié)合的方法，有望在植入式治療設(shè)備、組織工程和個性化醫(yī)學中開辟新的視野。