在小鼠心肌梗死模型中移植三维生物打印补片

每10分钟，就有一名澳大利亚人发生心肌梗死。这可能导致心肌受损，并进而引发心力衰竭。我们发现，可以将来自血液或皮肤的干细胞转化为跳动的心肌细胞。

然后，如果我们通过3D生物打印机并使用生物墨水将这些重编程的细胞进行打印，我们相信能够制造出与患者自身细胞相匹配的心脏补片。使用氯胺酮和甲苯噻嗪进行深度麻醉的小鼠，采用20号导管进行气管插管。插管完成后，将小鼠小心地放置在加热垫上，随后连接至呼吸机，呼吸机会根据小鼠体重自动设定目标潮气量。

在使用 2% 异氟烷进行轻度麻醉后，用碘和乙醇清洁小鼠。行左侧开胸术以暴露心脏。将牵开器置于第三与第四肋骨之间。

小心剪开心包膜。在显微镜下辨认前降支。进行前降支结扎时，应注意避免缝线割裂前降支。

因此，如图所示，将一段3.06号丝线缝合材料置于心脏上，方向与前降支（LAD）一致，并正好位于其上方以起加固作用。使用7.06号丝线分离前降支并进行永久性结扎。这会导致心肌出现苍白，表明该区域正在发生心肌梗死。

这将导致心肌重塑，左心室会随着时间推移而功能衰竭。在实验室中，使用3D生物打印机制造出三维生物打印心脏补片。该技术可实现心脏细胞与水凝胶的组合，逐层沉积 cardiac cells。

您可以在本视频以及下方这张图像中看到一个漂浮的样品。此图显示了在六孔板的一个孔中，通过落射荧光显微镜观察到的样品外观。样品已使用Hoechst染料对细胞核进行染色，这种蓝色染色同时也凸显了具有自发荧光的水凝胶。

这是一种完整的海藻酸明胶补片，适用于移植，与视频中展示的补片类似。通过我们的方法，在培养中大多数补片在14至28天之间开始解体，如此处另一补片图像所示，该补片已发生解体。我们发现，生物打印后第7天至第14天是移植补片的最佳时机。

此时，含有心肌细胞的组织片开始跳动，显示出一定程度的组织成熟，但尚未开始解体。将组织片移至手术室，缓慢而小心地放置在小鼠心脏的相应部位。随后也小心地将其移至下壁区域。

缓慢移除牵开器。最后使用6.0 Prolene缝线将第三和第四肋骨并拢缝合。连同肌肉一起缝合肋骨，随后缝合皮肤。

关闭胸腔后，向小鼠注射 Antisedan 和呋塞米。小鼠将逐渐恢复自主呼吸，并对脚趾夹捏产生反应。需密切监测小鼠状态，一旦其从麻醉中苏醒，即将其放回单独的笼具中。

该图像显示了所采用区域，即生物打印补片将置于小鼠心脏上方的位置。总之，我们已证明，通过本方法可将3D生物打印的海藻酸明胶补片移植到心肌梗死小鼠模型的心外膜上。在生物打印阶段，海藻酸明胶水凝胶因其流变学特性而具有优异的可打印性，既能在不损伤细胞的情况下实现挤出，又具备足够的生物力学强度，以在3D生物打印后及移植过程中维持其结构。

我们的方法很可能具有广泛的可行性，也适用于测试多组3D生物打印补片，例如含有不同细胞成分的补片。