波士顿的增材优势：波士顿大学高级实验室的工程心跳 – 3D打印行业资讯网 – 3D打印行业资讯网

在工程与生物学的交叉领域，波士顿大学 (BU) 正在医学创新方面开辟新天地。在陈和怀特最先进的实验室中，研究人员正在组织工程方面取得突破，这可能会重新定义医疗保健的未来。在这里，他们不仅突破了科学的界限，而且还突破了科学的界限。他们通过融合多种学科来创建具有个性化治疗和器官修复潜力的 3D 打印组织和模型来消除它们。

15年后重返校园的BU校友依然有种熟悉的感觉。该大学拥有一些世界上最先进的研究中心，使其成为突破性发现的中心。在这种动态景观的背景下，我研究了光子学中心的怀特实验室和生物设计中心的陈实验室正在进行的创新工作，这两个实验室是组织工程和心脏研究的两大强国。这项创新基于克里斯托弗·陈（Christopher Chen）教授和现已退休的爱丽丝·怀特（Alice White）教授的共同工作，留下了领导遗产。

寻找心脏组织

这些实验室的交叉点是博士后 Mustafa Çağatay Karakan，他正在使用 3D 打印创建 3D 心脏微组织。在 White Lab，Karakan 使用高精度 3D 打印机 Nanoscribe，它能够通过光聚合创建纳米级结构。

这项技术使他能够创造出生长心脏组织所需的复杂形状和支架，这些组织不仅像真正的心肌一样跳动，而且还可以作为研究疾病和测试新药的关键模型。该过程涉及使用光敏材料，确保生物相容性，并优化机械和化学环境以加速组织成熟。模具制作完成后，他在 Chen 的实验室中使用 PDMS（聚二甲基硅氧烷）进行铸造，PDMS 是一种柔性透明的橡胶状材料。

“纳米书写器在这里起着决定性的作用。它创建纳米级结构的能力使研究人员能够创建密切模仿肌肉组织自然结构的支架和环境。这种精度对于在 3D 中操纵细胞和肌肉纤维的排列以及理解发育和疾病的潜在机制至关重要。”

支架准备好后，将通过与哈佛干细胞研究所 (HSCI) 的 Christina 和 Jonathan Seidman 等著名哈佛大学研究人员合作获得的人类干细胞注入支架中。这些干细胞衍生的心肌细胞（负责心肌收缩的细胞）形成功能性 3D 心脏微组织，可以模仿真实心脏组织的行​​为。

通过创建逼真的心脏组织模型，卡拉坎正在帮助科学家更好地了解心脏病并更准确地测试新药物。这种方法还为个性化医疗打开了大门，可以使用自己的细胞为个体患者量身定制治疗方法。通过将 Nanoscribe 技术与生物方法相结合，卡拉坎展示了工程学和生物学如何共同推动医学科学的发展。

将这些组织从毫米扩大到厘米并不是一件容易的事。这不仅需要更多的细胞，还需要创新的方法来维持它们，包括发展血管结构来提供营养和氧气。这项工作有一天可能会创造出可以修复受损心脏的实验室培养组织，这一突破将彻底改变心脏手术。

“为了创造可行的心脏组织，从机械环境到生物和营养成分的每个组成部分都必须协调一致，”卡拉坎解释说。 “我们的目标是开发可以作为人类心脏精确模型的组织，从而改进药物测试并有可能导致个性化治疗。”

创新工作也有其自身的挑战。 “组织工程领域发展非常迅速，”卡拉坎指出。 “但是创造更大的组织需要更多的细胞，并且每个变量都必须优化。这是一项艰苦的工作，并且存在确保重现性、改善组织生长条件和扩大生产等技术挑战。但有一天，这些发现可能会拯救生命。”

设计生活的基石

在看到 Nanoographer 发挥其魔力后（感谢专门为我的访问准备机器的团队），我与 Karakan 和同学 Arianna Escalona 离开白色实验室，前往 Chen 的实验室。

陈的实验室专门研究组织工程和力学生物学，研究物理力和细胞环境如何影响组织生长和功能。该实验室还隶属于哈佛大学维斯生物工程研究所。

作为 Wyss 研究所 3D 器官工程计划的联合主任，Chen 正在开发设计细胞和组织的新方法，特别是在血管化和组织生长领域。这项研究为再生医学的进步以及心脏健康和癌症治疗的潜在突破铺平了道路。研究人员正在开发器官芯片设备，可以模拟整个器官系统、研究伤口愈合并创建血管网络。

这些研究实验室所做的工作有助于为改变人们生活的医学突破奠定基础。这是波士顿大学的一个激动人心的时刻，在开发治疗方法方面取得了真正的进展，有一天可以修复受损的心脏或提供个性化治疗。随着研究人员解决扩大组织工程规模的挑战，实验室种植的器官或先进的药物测试平台等现实应用的机会越来越接近成为现实。

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