近日，卡內基·梅隆大學的研究人員發明了一種新型的水凝膠印刷方法，制作了一個供醫院器官使用的全尺寸模型，研究人員通過研究實現了第一個3D打印全尺寸人體心臟生物模型，在內外科醫生如何進行心臟術以及研究其他疾病方面取得了重大突破。

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經多次研究獲第一個3D生物打印全尺寸人體心臟模型

卡內基梅隆大學生物醫學工程與材料科學工程學教授亞當·費恩伯格（Adam Feinberg）帶領團隊，利用定制的自由式懸浮水凝膠可逆嵌入技術（FRESH）開發了這個模型。該學院的研究人員獲得了人類心臟的第一個3D生物打印全尺寸人體心臟模型，這個模型是使用專門制造的3D打印機根據MRI數據創建而成，是團隊兩年來為外科醫生準備心臟手術而研發的新成果。

費恩伯格在新聞稿中說：“我們現在可以建立一個模型，不僅可以進行視覺訓練，還可以進行實體操作。當外科醫生進行心臟手術時，讓它像真實的組織一樣做出反應，這樣的話當醫生進入手術室時，醫生的工作經驗會得到鍛煉和提升。

模型模仿了實際人體心臟組織的質地（包括彈性），提供了逼真的畫面，外科醫生可以在這個畫面上鍛煉自己的技能。除了進行臨床模擬外，這個模型還具有長期潛力，影響器官生物工程的未來研究。

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逼真的心臟模型，使手術醫生可以進行切割、縫合以及操作

Feinberg和他的團隊開發了一種新型3D打印軟聚合物，這種聚合物在歷史上一直很難打印，在添加制造過程中缺乏一定的剛性。為了彌補這個缺陷，FRESH 3D打印使用針將生物墨水注入軟水凝膠浴中，從而在打印時支撐物體。一旦完成打印，這個過程就會加熱使水凝膠融化，僅留下3D打印物體，證實FRESH是一個打印平臺，研究人員便可以打印一個完整的人體心臟，同時還專門組件了一臺新的3D打印機，專門容納凝膠支撐浴，大小要和打印比例相適應，除此之外，還要對軟件平臺進行微調，以保持打印的速度和質量。

Feinberg說：最終的模型由海藻酸鹽的柔軟天然聚合物組成，這種聚合物使生物打印的心臟具有類似于人體心臟組織的特征，對于外科醫生來說，這意味著他們可以用類似于真實心臟的方式切割，縫合和操作模型。

事實上，盡管大型醫院已經具備了對人體器官和身體其他部位進行3D打印模型的設施，但通常只能用硬塑料或橡膠制成，無法滿足外科醫生在模擬手術過程中的體驗感。

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繼續深造人體心臟模型，力爭制造更多器官模型

研究人員在ACS生物材料科學與工程雜志上發表了有關其工作的論文。Feinberg團隊的下一步目標是讓外科醫生和臨床醫生可以從開發的技術和模型中真實地體驗到現實生活中醫院的手術場景。

研究人員埃曼·米爾達馬迪（Eman Mirdamadi）還希望他們的工作能為未來的生物印刷技術提供信息，利用這種或類似技術制造出具有更多功能的人體器官。他在新聞稿中說：“盡管在生物打印全尺寸人體心臟上仍然存有障礙，但我們很自豪能夠使用FRESH平臺幫助建立基礎工作，同時展示了在現實中進行手術模擬的直接應用。