二 心臟組織模型（Heart tissue model）
1. 3D Bioprinting of Cardiac Microtissues Mimicking Native Myocardium
模擬天然心肌的心臟微組織的3D生物打印
 

背景
心臟是由各向異性排列的心肌細(xì)胞組成的復(fù)雜三維（3D）組織，其收縮功能是心臟泵血的核心。然而，現(xiàn)有的工程技術(shù)在體外模擬這些心肌組織時，面臨著使心肌細(xì)胞在3D空間內(nèi)正確對齊和分化的挑戰(zhàn)。因此，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的3D生物打印方法，用于構(gòu)建具有生理功能的心臟微組織，以更好地模擬心肌的功能和結(jié)構(gòu)。

3D生物打印技術(shù)
本文采用了微尺度連續(xù)光學(xué)打印（μCOP）技術(shù)，這是一種能夠快速打印心肌細(xì)胞和支架的技術(shù)。μCOP系統(tǒng)通過將數(shù)字微鏡設(shè)備（DMD）控制的圖案投影到預(yù)聚合溶液中，從而逐層打印出三維結(jié)構(gòu)。心肌細(xì)胞被包裹在光交聯(lián)水凝膠（如甲基丙烯酸化明膠GelMA）中，形成微結(jié)構(gòu)化的心臟組織。

心臟微組織的構(gòu)建
在實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用來自新生小鼠的心室心肌細(xì)胞（NMVCMs），將這些細(xì)胞嵌入到甲基丙烯酸化明膠（GelMA）水凝膠中，通過3D生物打印生成具有特定結(jié)構(gòu)的心臟微組織。打印出的組織展示了心肌細(xì)胞與微結(jié)構(gòu)對齊的能力，模仿了天然心肌的肌原纖維排列。

力學(xué)測試與功能評價(jià)
打印出的心臟組織通過一個集成的3D打印力測量系統(tǒng)測量其收縮產(chǎn)生的力。結(jié)果顯示，對齊的3D心肌微組織比傳統(tǒng)的2D心肌組織產(chǎn)生了近兩倍的力。同時，研究人員還通過不同的幾何圖案測試了對細(xì)胞排列和組織收縮力的影響。更復(fù)雜的圖案，如網(wǎng)格狀或隨機(jī)圖案，會導(dǎo)致心肌細(xì)胞的排列和收縮力減弱，而簡單的線性圖案能夠顯著增強(qiáng)細(xì)胞的對齊和組織力(3D Bioprinting of Cardi…)。

鈣瞬變的測量
心臟組織的功能通過鈣瞬變波形進(jìn)行測量，研究人員發(fā)現(xiàn)，在使用異丙腎上腺素（一種促心臟收縮的藥物）處理后，心肌組織的鈣瞬變幅度和衰減速率顯著增加，展示了組織對藥物的生理響應(yīng)。這一結(jié)果驗(yàn)證了打印的心臟微組織在藥物篩選和疾病模型構(gòu)建中的潛在應(yīng)用價(jià)值(3D Bioprinting of Cardi…)。

總結(jié)
該文章通過快速3D生物打印技術(shù)成功構(gòu)建了具有生理功能的心臟微組織模型，并展示了這種模型在研究心肌細(xì)胞對齊、組織收縮力和藥物反應(yīng)等方面的潛力。這種仿生心臟微組織有望成為心臟疾病模型和新藥篩選的理想工具。

2. Rapid 3D Bioprinting of a Human iPSC-derived Cardiac Micro-Tissue for High-Throughput Drug Testing
快速3D生物打印人iPSC來源的心臟微組織用于高通量藥物測試

背景與目的
心臟病是全球主要的健康問題之一，導(dǎo)致大量的死亡。因此，開發(fā)用于心臟病藥物篩選的精準(zhǔn)模型至關(guān)重要。現(xiàn)有的二維（2D）培養(yǎng)模型和動物模型雖然能夠提供一些信息，但它們不能完全反映人體心臟組織中的復(fù)雜細(xì)胞-細(xì)胞、細(xì)胞-基質(zhì)和細(xì)胞-組織相互作用。基于此，本研究開發(fā)了一種通過3D生物打印技術(shù)構(gòu)建的人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的心臟微組織模型（hiPSC-CMs），用于高通量藥物測試。

3D生物打印技術(shù)

• 打印時間非常短，整個過程在幾秒鐘內(nèi)完成，使得細(xì)胞在打印過程中能夠保持活力。
• 研究團(tuán)隊(duì)使用了微連續(xù)光學(xué)打印（μCOP）技術(shù)，這種技術(shù)能夠通過快速光固化，將細(xì)胞和水凝膠材料打印成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。
• 心臟組織的結(jié)構(gòu)：打印出的心臟微組織包括一個基底層、柱狀支架層以及嵌入細(xì)胞的GelMA層。這些柱狀支架用于測量心臟組織的收縮力，同時提供力學(xué)應(yīng)力，幫助心肌細(xì)胞對齊。

心臟微組織的構(gòu)建與培養(yǎng)

• 使用人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs）分化成心肌細(xì)胞，并與人類心室成纖維細(xì)胞（HCFs）混合，共同嵌入到水凝膠中，通過3D生物打印生成心臟微組織。
• 打印后的組織在培養(yǎng)中能夠保持良好的存活率，并且經(jīng)過7天的培養(yǎng)后，心肌細(xì)胞展示了有序的肌節(jié)排列和成熟的功能表型。

心臟組織功能測試

• 研究中，心臟微組織展示了明顯的跳動表型，通過測量柱的位移，可以量化其收縮力和心跳頻率（BPM）。通過加入熒光微珠，研究人員能夠更精確地跟蹤微組織的收縮位移，并記錄組織的收縮圖譜。
• 研究進(jìn)一步驗(yàn)證了這些3D打印的心臟微組織能夠?qū)λ幬镒龀龇磻?yīng)。在實(shí)驗(yàn)中，使用了兩種常用的心臟相關(guān)藥物異丙腎上腺素（ISO）和維拉帕米（VERA）進(jìn)行藥物測試。結(jié)果顯示，打印的心臟微組織能夠根據(jù)不同劑量的藥物表現(xiàn)出顯著的收縮頻率和位移變化。

模型的應(yīng)用與前景
這種3D生物打印心臟微組織模型展示了其在藥物篩選和心臟疾病研究中的巨大潛力。通過快速、精確的3D打印，研究人員可以批量制造這種微組織，用于高通量藥物篩選。此外，該模型還可以與多器官芯片系統(tǒng)結(jié)合，用于更廣泛的疾病研究和個性化醫(yī)療測試。

總結(jié)
這篇文章通過快速3D生物打印技術(shù)成功構(gòu)建了一個用于藥物篩選的人iPSC來源的心臟微組織模型。該模型不僅能夠精確模擬心臟組織的結(jié)構(gòu)和功能，還能有效地用于高通量藥物篩選，具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其是在心臟藥物開發(fā)和個性化疾病研究領(lǐng)域。

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