，成功打印出具有生命活性的心肌貼片以及心臟類器官模型。當時Tal Dvir課題組從病人體內提取出網膜組織，將其一部分去細胞后制備內源性水凝膠，作為打印墨水的基材；將另一部分重編程（Reprogramming），使其重新分化（Differentiation）成心肌細胞和內皮細胞。搭配上述的內源性水凝膠和犧牲材料明膠，成功制備出心肌細胞和血管成型細胞兩種生物墨水，并在regenHU的生物3D打印機上成功打印出心肌貼片和心臟類器官。該技術可幫助具有心臟缺陷的病人替換缺陷組織，減輕病情甚至使病人康復。

圖1：3D Printing of Personalized Thick andPerfusable Cardiac Patches and Hearts一文的實驗思路

近日，Tal Dvir課題組更進一步，又在Advanced Science雜志上發表了一篇生物3D打印心肌貼片的文章^[2]。在該文章中，作者創新性地在心肌貼片上植入柔軟可拉伸的電路，使得人為向心肌貼片提供電信號成為可能。
 
為了達到該目標，作者同時使用三種不同的墨水：心肌細胞墨水、導電材料墨水和絕緣材料墨水。心肌細胞墨水與上一篇文獻類似，將心肌細胞懸浮于含細胞外基質（Extracellular Matrix，ECM）的水凝膠中。導電材料墨水則是將石墨薄片（Graphite Flakes）懸浮于液態聚二甲硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）中，石墨薄片提供導電性，PDMS則提供類似水凝膠的基材質地。絕緣材料墨水為PDMS本身。為了使疏水的PDMS與親水的水凝膠能夠更好地結合，作者在PDMS中加入了表面活性劑Span 80。
 
空有材料還不夠，其導電性能必須達到要求。課題組為了獲得最佳電導率，測試了不同濃度的石墨薄片PDMS懸浮液。由測試可知，當石墨薄片的濃度在45%時達到最高電導率，超過0.3 S/cm（圖2）——這一數值盡管與銅絲仍有一定距離，但石墨薄片的可塑性使得在該文獻中成為較好的選擇。另外，為了適應心肌細胞收縮時帶來的形變，打印出來的電路必須經受住一定次數和程度的形變。通過力學測試可獲知，懸浮有石墨薄片的導電材料墨水在成型后能夠達到40%以上的延展性，并且能夠承受至少1000次的反復拉伸和彎曲（圖3）。

圖2：不同石墨薄片濃度下導電墨水的電導率比較

圖3：a）導電墨水打印成八字試塊（Dog-bone-shaped Samples）測試力學性能；b）絕緣墨水（PDMS）與導電墨水（Graphite in PDMS）的力學性能對比，絕緣墨水的延展性更好，但承受的最大拉力不如導電墨水；c）1000次拉力測試中的最后10個循環的延展性和阻力值；d）1000次彎曲測試中的最后10個循環的延展性和阻力值

得益于這種柔軟可拉伸的電路，醫護人員可以從人體外部提供適當的電信號，引導心肌細胞執行相應的功能，甚至可以通過給予脈沖式的電流，使該心肌貼片擔任起搏器的功能，醫生可以遠程讓心臟重新開始收縮。

​圖4：帶有電極的心肌貼片（比例尺：2 mm）

[1] Nadav N, Assaf S, Reuven E, et al. 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts[J]. Advanced Science, 2019, 6, 1900344
[2] Asulin M, Michael I, Shapira A, et al. One Step 3D Printing of Heart Patches with Built-In Electronics for Performance Regulation[J]. Advanced Science, 2021, 8, 2004205.