參考消息網(wǎng)7月11日?qǐng)?bào)道 據(jù)美國(guó)《科學(xué)日?qǐng)?bào)》網(wǎng)站7月8日?qǐng)?bào)道，美國(guó)哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的生物工程師們，開(kāi)發(fā)了首個(gè)人類(lèi)心室的生物混合模型，該模型具有呈螺旋狀排列的跳動(dòng)的心肌細(xì)胞。他們還證明，特定的肌肉排列方式確實(shí)可以顯著增加心室每次收縮時(shí)的泵血量。

　　這一進(jìn)步是生物工程師們利用一種新的增材紡織制造方法——聚焦旋轉(zhuǎn)噴射紡絲（FRJS）——實(shí)現(xiàn)的。該方法能夠高通量制造直徑從數(shù)百納米到幾微米不等的螺旋排列纖維。FRJS由SEAS生物工程和應(yīng)用物理學(xué)教授基特·帕克領(lǐng)導(dǎo)的疾病生物物理學(xué)小組研發(fā)。

　　該研究論文發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》周刊上。

　　論文資深作者帕克說(shuō)：“在器官生物制造領(lǐng)域，該研究是向前邁出的重要一步，它讓我們距離制造一顆用于移植的人類(lèi)心臟的最終目標(biāo)更近一步。”

　　這項(xiàng)研究源于一個(gè)古老的謎團(tuán)。1669年，英國(guó)醫(yī)生理查德·洛爾在他的開(kāi)創(chuàng)性著作《心臟學(xué)論》中首次指出，心肌呈螺旋狀排列。

　　在接下來(lái)的3個(gè)世紀(jì)里，醫(yī)生和科學(xué)家們對(duì)心臟的結(jié)構(gòu)有了更全面的了解，但令人沮喪的是，研究這些呈螺旋狀排列的肌肉的功能難度仍很高。

　　1969年，美國(guó)亞拉巴馬大學(xué)伯明翰醫(yī)學(xué)院生物數(shù)學(xué)系的愛(ài)德華·薩林認(rèn)為，心肌呈螺旋狀排列對(duì)于射血分?jǐn)?shù)達(dá)到較高水平至關(guān)重要。射血分?jǐn)?shù)指的是，心室每次收縮時(shí)泵出血液的百分比。

　　SEAS的博士后研究員、該論文的共同第一作者約翰·齊默爾曼說(shuō)：“我們的目標(biāo)是建立一個(gè)模型，我們能夠利用它來(lái)驗(yàn)證薩林的假設(shè)，并研究心肌螺旋結(jié)構(gòu)的相對(duì)重要性�！�

　　SEAS的研究人員利用FRJS系統(tǒng)來(lái)控制紡出纖維的排列方式，他們可以在這些纖維上培育心肌細(xì)胞。

　　FRJS第一步的原理與棉花糖機(jī)類(lèi)似——將液態(tài)聚合物溶液裝入儲(chǔ)液罐中，并在設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)利用離心力將溶液從一個(gè)微小的開(kāi)口中甩出。隨著溶液離開(kāi)儲(chǔ)液罐，溶劑蒸發(fā)，聚合物凝固形成纖維。然后，隨著纖維沉積在收集器上，一股集中氣流會(huì)控制纖維的方向。研究小組發(fā)現(xiàn)，通過(guò)傾斜和旋轉(zhuǎn)收集器，纖維會(huì)圍繞收集器排列并彎曲，從而模仿心肌的螺旋結(jié)構(gòu)�？梢酝ㄟ^(guò)改變收集器的角度來(lái)調(diào)整纖維的排列方式。

　　FRJS能夠快速紡出單微米級(jí)的纖維——直徑不足一根人類(lèi)頭發(fā)絲的1/50。當(dāng)涉及從頭開(kāi)始制造一顆心臟時(shí)，這一點(diǎn)很重要。比如，膠原蛋白的直徑只有1微米。在這一分辨率水平，3D打印人類(lèi)心臟中的所有膠原蛋白需要100多年時(shí)間。而FRJS可以在一天內(nèi)完成。

　　之后，研究小組利用FRJS方法制造的心室會(huì)被植入大鼠心肌細(xì)胞或由人類(lèi)干細(xì)胞衍生的心肌細(xì)胞。在大約一周的時(shí)間里，幾層薄薄的跳動(dòng)的組織覆蓋了支架，細(xì)胞依照下面纖維的排列方式排列。

　　這些跳動(dòng)的心室模仿了人類(lèi)心臟中的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

　　研究人員比較了由螺旋排列纖維制成的心室和由圓周方向排列纖維制成的心室的變形情況、電信號(hào)傳輸速度和射血分?jǐn)?shù)。他們發(fā)現(xiàn)，前者在各方面都優(yōu)于后者。

　　該研究小組還證明，這一過(guò)程的規(guī)�？梢詳U(kuò)展到真正的人類(lèi)心臟大小，甚至更大，達(dá)到小須鯨心臟的大小。