供稿人：陈文瑜、高琳 供稿单位：西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室 发布日期：2025-05-06
传统心脏组织工程存在两大痛点：一是植入的工程化组织无法与宿主心脏同步搏动，二是电刺激依赖导线且存在细胞损伤风险。为解决这一问题，伊利诺伊香槟大学的研究团队提出了一种基于光电子活性支架的新方法，该支架由嵌入微太阳能电池的明胶甲基丙烯酰打印而成，并接种了心肌细胞以形成光刺激组织。这种方法实现了无束缚、非侵入性且无损伤的光电子刺激，仅通过光即可调制心脏跳动行为，而无需导线或对组织进行基因修饰。
图1 光电子活性生物墨水的组成和3D打印技术
研究团队通过将微型太阳能电池与明胶甲基丙烯酰胺生物墨水复合，优化打印喷嘴参数，成功实现了微太阳能电池的精准三维成型，可打印成任意解剖结构以形成支架。详细的生物学评估表明，接种在支架上的心肌细胞保持了其节律性收缩，并持续表达心脏特异性生物标志物。此外，光电子活性支架的体外评估证实，尽管被封装在墨水中，微太阳能电池仍保持了其效能，在多个无束缚光电子刺激周期内同步并加速了人源心肌细胞和大鼠心肌细胞的跳动。
这种生物打印的光电活性心脏组织标志着从传统被动组织构建向动态响应系统的重大转变，可能彻底改变包括神经和肌肉组织在内的电活性组织的治疗策略。这种将软生物材料与嵌入式电子功能相结合的方法，有望在植入式治疗设备、组织工程和个性化医学中开辟新的视野。