3D

Aug 02, 2023

Сердце — сложный орган с простой целью — перекачивать кровь и снова выкачивать ее.

Это происходит через взаимосвязанную сеть прямоугольных клеток сердца, называемых кардиомиоцитами, которые перекачивают кровь в верхнюю часть сердца (через предсердия) и наружу через желудочки внизу. Кардиостимуляторы сердца поддерживают его частоту от 60 до 100 ударов в минуту, в зависимости от базальной частоты сердечных сокращений человека.

Из-за сложности сердца попытки напечатать на 3D-принтере модель для тестирования на наркотики или даже имплантировать ее живому человеку до сих пор не увенчались успехом.

Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS) анонсировали 3D-печатную модель желудочка, который бьется с собственным собственным ритмом при стимуляции электричеством. Хитрость заключается в новом виде гелевых чернил, наполненных волокнами (FIG), разработанных таким образом, что волокна внутри соединяются друг с другом, как это делают кардиомиоциты.

«Чернила Fig способны течь через сопло печати, но после того, как структура напечатана, она сохраняет свою трехмерную форму», — сказал Суджи Чой, научный сотрудник SEAS, в интервью Harvard News. «Благодаря этим свойствам я обнаружил, что можно напечатать структуру, похожую на желудочек, и другие сложные трехмерные формы без использования дополнительных вспомогательных материалов или каркасов».

Новые 3D-чернила начались с идеи постдокторанта Люка МакКуина, но были разработаны в лаборатории Кевина Паркера — руководителя группы биофизики заболеваний в SEAS. Машина позволяет ткать особенно деликатный материал из микрофибры.

Чой использовала машину, чтобы сделать тонкий, похожий на хлопок лист, который она разбила на крошечные сегменты с помощью звуковых волн и добавила в гидрогелевые чернила. Со временем она нашла правильное соотношение между чернилами и сегментами волокна, длина которых составляла всего около 100 микрометров. С помощью правильных чернил она напечатала желудочек с волокнами и кардиомиоцитами, расположенными так же, как в настоящем сердце.

Когда она подавала электрический ток «кардиостимулятора», желудочек сокращался скоординированной волной.

«Было очень интересно видеть, как камера на самом деле работает так же, как и настоящие желудочки сердца», — сказал Чой.

Она усовершенствовала структуру до тех пор, пока она не смогла перекачивать в 5–20 раз больше жидкости, чем предыдущие попытки создания сердец, напечатанных на 3D-принтере, и команда хочет сделать ее толще и более похожей на сердце.

Настоящее сердце бьется 100 000 раз в день, каждый раз прилагая примерно силу, необходимую для сжатия теннисного мяча. В пересчете на вес сердце имеет самые большие энергетические потребности среди всех человеческих органов и зависит от целого ряда источников энергии.

«По сравнению с настоящим сердцем наша модель желудочка упрощена и миниатюризирована», — сказал Чой.

Подробнее: Что делает сердце?