在当前的3D打印领域，3D生物打印器官可以被称为圣杯之一，世界各地的众多研究团队都正在努力实现3D打印可植入的组织。日前，哈佛大学的研究人员朝着这个方向完成了重要的一步。在一次探索心脏组织工程的尝试中，由该校教授Kit Kevin Parker带领的一个团队打造出了一条“活”的微型魔鬼鱼又称黄貂鱼、刺鳐）。据悉这个神奇的生物机器人是用大鼠心脏肌肉组织和3D打印的黄建软骨组成的，它能够对光的脉动产生反应。
当然，在这里“活”一定是打引号的，因为这条硬币大小的魔鬼鱼并不是真正活的。尽管这些组织细胞是活的，而且它们也能够对光线产生反应，以方便移动，但该生物实际上并不能进行自主决策、繁殖等。尽管如此，这也可以称得上是颠覆性的突破，并足以推动机器人、人工智能、生物工程和3D生物打印领域更多的创新。
对大多数颠覆性突破一样，它也开始于一个简单的想法。两年前，Parker教授带着年轻的女儿去波士顿的新英格兰水族馆，在那里他看到自己的女儿完全沉迷于魔鬼鱼。教授看着展览，开始思考如何开发能够以类似蜿蜒模式移动的肌肉。“突然就像一道闪电击中了我，它看起来很像心脏的肌肉层，这使我找到了用肌肉组织打造该系统的方法。”他回忆道。
左侧是人造的魔鬼鱼，右侧是真正的魔鬼鱼
这个不寻常的概念被Wyss研究员Sung-Jin Park接受，并迅速成为哈佛大学应用科学与工程学院疾病生物物理学组研究人员的一个新的研究项目，牵涉其中的还有来自伊利诺伊大学、密歇根大学和斯坦福大学医学中心的研究人员。
它是如何工作的？简单地说，这条小小的魔鬼鱼结合工程、细胞培养、遗传学和生物力学等领域的最新科技进展于一体，其重量只有10克，其骨架是用非常薄的黄金3D打印而成的，上面还铺了两层薄薄的弹性聚合物。该聚合物上面覆盖了大约20万个活的心肌细胞，这些细胞取自大鼠的心肌。
为了控制细胞，团队使用了光遗传学技术，这是一种神经科学研究的常用方法，即用光来打开和关闭神经。神经元或心脏肌肉并不会自动对光产生反应，但通过光遗传学，可以通过一段DNA对细胞进行升级。这段特殊的DNA编码代表了一种可以对光产生反应的蛋白，从而使细胞呈现光敏感性。
如今，当光线爆发时，经过基因修改的细胞收缩，然后推动鳍向下滑动，当细胞放松时，该人造魔鬼鱼的骨架会将鳍收回来。结果就是这样一个根据光线波动来游泳的魔鬼鱼机器人。
Parker教授指出，在这个设计中，细胞起到了传感器和致动器的作用，这既有好处也有缺点：虽然活的肌肉细胞比合成的致动器更节能，但它们也很容易受伤害。为了保持其活力，它们需要浸泡在带糖和盐的温暖溶液里。
在每个鳍上加上一个光源，使研究人员能够分别刺激右侧或左侧的鳍，并操纵这个生物机器人向任意方向移动。不同频率的光可以控制鳍的速度，进而改变魔鬼鱼的速度。
在这个研究中，Park将其对于水生生物的兴趣与他想要了解心脏及其解剖结构的各个方面是如何帮助血液在体内移动的需要结合了起来。泵送和液体运动是海洋里的生命形式都非常擅长的东西，他说。
尽管可能还要好几年Parker才能够打造出真正的人造心脏，不过这条几乎活生生的3D打印鳐鱼肯定是其朝着正确方向迈出的非常重要一步。目前这项研究被发表在了最新一期的《Science》杂志上，论文题目是《心脏制造者的下一步：一只“混合生物”鳐Heartmaker's next step: a ray ‘biohybrid’）》
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