基于3D打印技术的心脏与肾脏体外制造

项目以实现“器官体外制造”为目的开展，我们主要围绕以下三个方面进行研究：（1）设计并搭建能够满足复杂器官体外制造要求的生物3D打印设备；（2）设计可行的复杂器官打印方案，设计并制备具有生物活性和功能的复杂器官生物墨水；（3）进行复杂器官生物3D打印并系统评价其生物功能。
虽然3D打印机在生物组织工程领域得到了较为广泛的应用，但截止到目前为止，没有一款生物3D打印机能够进行复杂器官打印。故我们需要在无前车之鉴的情况下开创性的设计能够满足复杂器官打印的装置设备、打印方案以及细胞组成，此后方可进行组织器官打印。所以本项目的技术路线分为三个主要步骤，分别是（1）完成新的生物3D打印设备搭建，（2）设计可行的复杂器官打印方案并获得功能性生物墨水，以及（3）进行复杂器官生物3D打印。具体内容如下：
（1）设计并搭建能够满足复杂器官体外制造要求的生物3D打印设备
已经发表的生物3D打印机无法进行复杂器官打印的主要原因有两点：其一是基于XYZ直角坐标的3D打印机器过度依赖于材料固化成型，其打印条件往往对细胞具有杀伤效果，所以细胞在打印过程中就已经出现大量死亡，其二是XYZ直角坐标打印机采用二维平层累加的策略来制备三维结构，在此过程中无法在打印组织中有效的整合血管网络，所以打印后的组织内部细胞难以有效获得营养成分，难以保证细胞的活性和功能。
为了克服上述缺点，我们选用具有高自由度的六轴机械手臂为生物3D打印机的主体。在预先合成的复杂血管支架上，六轴机械手臂可以无障碍的到达血管支架上任意一点并完成细胞打印。再此基础上我们将进一步筛选合适的打印条件与打印参数，将打印过程中的细胞损伤降低到1%以下。
（2）设计可行的复杂器官打印方案，设计并制备具有生物活性和功能的复杂器官生物墨水
我们将庞杂的器官打印过程简化为单根血管支架上的组织细胞打印来验证我们的打印设备与打印方案的可行性。在多种人类复杂器官中，我们首先选择心脏来进行体外制造研究，其原因主要是心肌组织打印效果可用其搏动情况作为评判标准，更加显而易见，能够缩短生物打印体系的探索周期。
细胞方面我们前期建立了人类多能性干细胞向中胚层各谱系，包括心肌细胞及血管内皮细胞分化的实验体系，可以大量制备心肌及血管内皮细胞。我们将利用心肌细胞打印后存活情况、搏动恢复情况等指标来（