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心臟具有復雜的三維（3D）層流肌纖維組織;然而，由于工程生理相關的3D組織仍然是一個技術挑戰(zhàn)，心肌細胞比對激發(fā) - 收縮耦合，縮短和力發(fā)展的影響尚未得到系統(tǒng)研究。3D中的細胞形狀和方向可以通過工程支架微觀結構和封裝這些幾何線索附近的細胞來控制。在這里，我們展示了一種通過微尺度連續(xù)光學打印（μCOP）圖案化在3D甲基丙烯酸明膠（GelMA）支架中的細胞包封的新方法可以快速在可光交聯(lián)的水凝膠中快速顯微模式新生小鼠心室心肌細胞（NMVCMs）。封裝的心肌細胞優(yōu)先與工程微結構對齊，并且可以顯示體內心肌的形態(tài)和肌原纖維取向表型。利用μCOP系統(tǒng)，直接印刷一個不對稱的，多材料的，基于懸臂的腳手架，使微組織產(chǎn)生的力被傳遞到單個可變形的柱子上。與對齊的 2D 種子樣品相比，對齊的 3D 封裝 NMVCM 支架產(chǎn)生的力幾乎是其 2 倍。為了進一步突出μCOP的靈活性，NMVCMs被封裝在幾種模式中，以比較不同程度的對齊對組織位移和同步性的影響。良好對齊的肌纖維培養(yǎng)模式產(chǎn)生的收縮力是各向異性模式較少的結構的4-10倍。最后，NMVCM包封結構的歸一化氟-4熒光顯示出特征性的鈣瞬態(tài)波形，在用100 nM異丙腎上腺素治療期間，鈣瞬態(tài)波形的幅度和下降速度增加。這種新型的儀器化3D心臟微組織作為生理相關的體外模型系統(tǒng)，在心臟病建模和藥物篩選中具有巨大的應用潛力。
利用μCOP系統(tǒng)聚合直徑1 mm×2 mm高的各向同性圓柱體，并在37°C下膨脹1，10和31天。使用細cellscale的Microtester進行壓縮測試。將樣品在37°C的DPBS浴中孵育。 實驗參數(shù)包括1分鐘內施加的100 μN的力速率。使用光束方程 [27] 計算力：
其中D是位移，F是力，L是梁的長度，E是模量。我圓柱體由以下機構給出：
其中 r 是光束的半徑。
在應力-應變曲線的線性區(qū)域內，在 5–15% 的凝膠、2% 的 HAGM/2% PEGDA 的條件下測定壓縮模量。
為了確定3D打印的微組織產(chǎn)生的力，使用Mcrotester吸管測量了三個級別的打印：15%GelMA獨立式支柱，沒有細胞的三組分支架（無細胞），以及帶有封裝NMVCMs的三組分支架。將獨立式和非細胞支架在37°C 5%CO下孵育2在 DPBS 中，使用 1% 抗生素 1% 抗真菌藥物。在第1天，第10天和第30天測量樣品，并將其放在側面并在室溫下浸沒在DPBS浴中。使用鎢絲束壓制樣品，測量從底座施加的力點。將樣品置換20μm，并使用等式1和2測量的力來計算樣品模量[27]：
其中ω是位移，F是力，γ是幾何模量，I是2斷續(xù)器慣性矩（長方體），L是高度，x是施加力的高度。
其中 h = 長度，b = 寬度。
最后，將NMVCM封裝的樣品浸沒在37°C的無鈣和40 mM 2，3丁二酮單肟（BDM）的Tyrode溶液浴中，以充分松弛3D打印的微組織。使用鎢絲束壓制樣品，測量從底座施加的力點。為了確定支架內細胞的影響，將樣品置換20μm并測量如前所述的力。使用方程式3和4，使用松弛的細胞支架的模量，根據(jù)視頻的測量位移計算對齊組織的力。
| 直徑1 mm，高2 mm的各向同性圓柱，在37℃下膨脹1、10和31天。 壓縮測試，37℃ DPBS，1 min內施加到100 μN： D = F×L3 / 3×E×I，D是位移，F(xiàn)是力，L是梁的長度，E是模量； I = πr4 / 4，r是梁的半徑 通過應力-應變曲線的線性區(qū)域，確定5-15％GelMA和2％HAGM/2％PEGDA壓縮模量 |
壓縮、拉伸、彎曲、壓痕和剪切測試的測試模式
0.1μm分辨率的高精度壓電執(zhí)行器
可選雙軸成像
解像力降至10nN
高分辨率的CCD成像
集成溫控介質浴
功能齊全的用戶界面軟件，可進行實時反饋的簡單、循環(huán)、松弛和多模式測試
Mi
壓縮、拉伸、彎曲和壓痕測試的測試模式
適合測各種不同的應用，并且價格公道
1μm分辨率的高精度壓步進馬達
解像力降至10nN
高分辨率的CCD成像
集成溫控介質浴
功能齊全的用戶界面軟件，可進行實時反饋的簡單、循環(huán)、松弛和多模式測試
| MTG2 | MTLT | |
| 外形尺寸 | 56 X 14 X 24cm | 52 X 17 X 21cm |
| 重量 | 9kg | 6.5kg |
| 力度大小 | 500mN | 500mN |
| 可用的力傳感器 | 0.005, 0.02, 0.08, 0.2, 1, 5, 25, 100, 500mN | 0.005, 0.02, 0.08, 0.2, 1, 5, 25, 100, 500mN |
| 力的準確性 | 約換能器容量的0.2% | 約換能器容量的0.2% |
| 最大夾點分離 | 約10mm | 約10mm |
| 最大速度 | 5mm/s | 5mm/s |
| 最大循環(huán)頻率 | 0.1Hz | 0.1Hz |
| 最大數(shù)據(jù)頻率 | 5Hz | 5Hz |
| Actuator Technology | Piezo-electric Motor | Stepper Motor |
| Actuator Resolution | 0.1um | 1um |
| Range of Field of View | 0.4-11.0mm | 0.8-5.5mm |
| Vertical Image Resolution | 2048px | 1536px |
| Secondary Camera Option | Yes | No |
| Secondary Test Axis Option (Shear) | Yes | No |
