生物3D打印心脏贴片的进展与挑战综述

来源： EngineeringForLife

心肌梗死（MI）会导致不可逆的心肌坏死，全球有2.5亿人受到影响，已成为当今时代最重要的流行病之一。在过去几年中，生物打印已经超越了单纯将细胞融入生物材料的概念，而是战略性地定义了细胞被打印的微环境（例如，结构、生物分子信号传导、机械刺激等）。在各种生物打印应用中，心肌修复是朝着管理组织修复微环境取得最显著进展的领域之一。

有鉴于此，来自滨州医学院的Paul Santerre等团队对心脏补丁生物打印中的最新生物医学创新进行了批判性评估，特别考虑了生物材料设计参数、生长因子/细胞因子、生物力学和生物电调节，以及心肌组织的创新生物材料基“4D”生物打印（3D支架结构+时间形态变化）、免疫调节和持续释放系统。

本文要点：

（1）关键挑战包括生成大量心脏细胞的能力、实现高密度毛细血管网络、建立与天然心脏细胞外基质相当的生物材料设计，以及管理复杂的系统，同时结合心脏组织微环境提示并建立既高速又精确的生物打印技术。这必须在考虑质量保证以实现可重复性和临床转化的同时完成。

（2）本文还详细讨论了生物打印后心脏补丁评估、存储、交付和植入相关的当前临床转化障碍和监管问题。总体而言，本文提供了有关生物墨水（生物材料、细胞来源）、制造和后制造过程设计的洞见，这些过程与心脏补丁的生物打印相关，并强调了如何影响其临床可行性和重要监管问题。

（3）本文强调，心脏补丁生物打印需要成像和3D建模技术人员、生物材料科学家、增材制造专家和医疗专业人员的广泛合作。

（4）此外，这项工作还可以指导未来的心脏补丁生物打印领域，通过揭示机器人和自动化的潜在用途来提高生产力、降低财务成本，并使生物打印心脏补丁标准化和真正商业化。

文章来源：https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.09.056