近年来，组织工程研究在采用三维（3D）生物打印生物活性材料从头构造心肌组织与器官方向上展现卓越优势，成果方兴未艾，催生心脏修复与再生研究的新方法与新策略。本文系统阐述功能型3D生物打印心脏体系的前沿进展，涵盖生物墨水，打印策略以及功能评价等要点，形成该方向可供参照的挖掘系统，为同类研究纵深发展厘清思路。

01、研究内容简介

由心脏结构和功能丧失引起的病理变化仍然是人类当前主要死亡原因。导致这种损失的因素通常是多种多样的，例如先天性心脏病，缺血性心脏病，创伤，炎症等，这些病因都会共同导致心肌功能的逐步丧失。对于晚期心力衰竭患者，心脏移植是一种可行的治疗方法。但是，由于供体的数量远远落后于患者所需的数量，再加上免疫排斥和手术并发症的可能性很高，因此仍然无法实现对心脏功能的全面和长期恢复。因此，如何应用先进的技术人工重建与天然心肌组织的结构和功能相匹配的心脏已成为组织工程学和再生医学的前沿方向。

过去十余年，随着体外诱导多能干细胞（iPSC）的发展以及随后体外和体内直接心脏重编程的发展，用于心脏修复与再生研究的新细胞来源不断丰富。但是，由于缺乏坚实的机械支持和附近细胞外基质（ECM）的定向指导，这些细胞在形态上不足以实现高维自组织发生。令人惊喜的是，生物相容性和可生物降解的高分子材料展现潜在的辅助作用，可以在组织工程中部分地发挥ECM的生理作用。然而，如何将活性细胞和生物材料结合成稳定的复合物以忠实的恢复心脏微环境仍然是一个突出的障碍。

三维（3D）生物打印的诞生源自生物技术快速发展的极大需求。它是一种分层渐进式的增材制造技术，可根据设定的空间模式准确沉积生物活性材料和细胞。此外，它可通过高度连续且稳定的生物学模式，从而实现对心脏高分辨率再造。然而，更重要的是需意识到，基于3D生物打印的心脏再生技术仍处于早期探索阶段，仍需通过来自各领域科学家的合作方可实现更多转化应用目标。例如，研究者需要更多地在物理和化学水平上探索这项技术运用所需的核心生物墨水参数，以更好地表征心肌的结构和生理复杂性。

总而言之，该研究聚焦使用生物活性水凝胶材料结合新型种子细胞作为生物墨水的3D生物打印心脏的前沿成果，围绕哺乳动物心脏结构与功能的多维度重建，从打印前准备、打印过程及打印后评价等关键环节进行梳理归纳，同时客观分析该先进技术当前存在的局限性与未来展望，系统剖析了3D生物打印对心脏修复与再生领域发展的重要影响。

该项研究得到了国家重点研发计划（2018YFA0108700，2017YFA0105602，2017YFC1103300），国家自然科学基金重点国际(地区)合作与交流项目（81720108004）等项目的支持。

原文信息

Nanbo Liu, Xing Ye, Bin Yao, Mingyi Zhao, Peng Wu, Guihuan Liu, Donglin Zhuang, Haodong Jiang, Xiaowei Chen, Yinru He, Sha Huang, Ping Zhu. 

Advances in 3D bioprinting technology for cardiac tissue engineering and regeneration. 

Bioactive Materials, 2021, 6(5), 1388-1401.