科技闻道福音来了魔术贴结构修复心

（文章来源：Engineering，编译：陈嘉，原创文章，未经授权，请勿转载）

导读

随着科技的发展，心脏救急的医疗技术研究也有了非常大的进展。来自多伦多大学的工程师们将组装功能完善的心脏组织，这个难题变得像系鞋带一样简单。他们发明了一种生物相容性材料，使得心脏细胞能够像魔术贴一样拼凑起来。

“魔术贴”结构使心肌组织组装更迅捷

主导这一项目的MilicaRadisic教授表示：“这种材料的一个主要特点在于它非常便捷。我们可以在需要使用它的时候立刻建立一个较大且容易拆卸的组织结构，我不知道目前还有其他的技术具备这个能力。”

现如今，在实验室里培养心脏细胞并不是一件新鲜的事，问题在于这些细胞通常不像人类身体里的细胞。真正的心脏细胞生长环境中充满了蛋白质支架以及将心脏细胞塑造成脉动机器的支持细胞。恰恰相反的是，实验室里培养心脏细胞往往缺乏这些支持，并且往往是无定形和虚弱的。

MilicaRadisic教授和她的研究团队专注于打造培养心脏细胞的人工环境，希望能够更加精密地模仿细胞在人体内的环境，从而培养出更加强劲更加健壮的心脏细胞。

这一图片显示了一层组织支架上的T形柱子是如何穿过第二层的网孔，其原理有点类似于魔术贴的挂钩和扣环。

可让细胞聚合成心肌组织所需的条状纤维，几层网格叠加时类似弹簧，其上的细胞可伸缩跳动。

早在两年前，MilicaRadisic团队就发明了Biowire生化线(即心脏细胞生长环境周围的丝线)来模拟心脏中的肌纤维生长方法，并让心脏细胞在这种丝线周围生长。

在MilicaRadisic教授的实验室中工作的博士生BoyangZhang说：“如果你把单纤维看成是一维结构，那么下一步就是创建二维结构，然后组装成三维结构。”他和实验室中的另外一位博士生MilesMontgomery一起将这项研究发表在了《科学进展》上。

据了解，BoyangZhang和他的同事们使用了一种被称为POMaC的特殊聚合物来创建细胞生长的二维网格，它看上去有点像一个蜂窝，不过网孔是不对称的。最关键的地方在于，这样的蜂窝结构给细胞提供了排列的模板。当受到电流刺激的时候，心肌细胞就会一同收缩，引起柔性聚合物的弯曲。

这张动图显示，沿着支架生长的心脏细胞收缩导致了细胞的蜂窝结构也被压缩。

接下来，研究人员将T形柱子加到蜂窝结构上，当第二层结构放上去时，这些柱子就会像一个个小钩子一样戳进蜂窝接口的网孔里扣紧。这和魔术贴里使用的塑料挂钩和扣环是一样的概念，有趣的是，魔术贴本身就是根据植物利用钩刺将种子挂在路过的动物身上而发明的。

令人惊讶的是，上述结构在组装完成之后几乎立刻就开始运作。MilicaRadisic说道：“这两层结构只要扣在一起，立刻就会开始跳动，它们甚至会在受到电流刺激之后同步跳动。”研究团队目前已经创建了多达3层厚度的组织，其中包括了小型棋盘状。

生物医学工程教授MilicaRadisic

可随意组装和拆卸的功能应用在其他研究领域

这一项目的最终目标是制造出可以用来修复受损心脏的人造组织。该技术的模块化性质使它更加容易根据每个病人的情况来定制移植物。Radisic教授表示：“有了这些微型结构，我们就能在手术的时候创建任意尺寸的人造组织。”聚合物支架本身是可生物降解的，它会在几个月的时间内分解，并被人体吸收。

值得一提的是，这项技术并不局限于心脏细胞。MilicaRadisic教授说：“我们在发表的论文中使用了心肌细胞、成纤维细胞和内皮细胞等3种不同的细胞，但在概念上来说，这一技术并没有任何限制。”这意味着，其他的研究人员可以利用支架构建肝、肺等各种组织的结构。这些人造组织可以用来在现实环境中测试新的药物。

三层支架互相堆叠，中间那一层可以看到钩环机制

此外，随意组装和拆卸的能力使得科学家们能够获得更加详细的细胞响应方面的信息。Radisic教授说：“你可以把中间那一层支架抽出来，然后查看细胞当前的状况。接下来你可以在那一层支架上应用某种分子来完成分化、增殖或者任何你想要实现的操作。然后再把这一层支架放回去，看看它如何与其余的支架进行交互。”

下一步，研究人员将会测试这项技术在体内的功能，MilicaRadisic教授和她的团队正在和医学研究人员合作设计细胞植入实验，这样一来，这个项目将离临床应用更进了一步。

编辑：胡青梅

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