人工心脏对于心力衰竭患者来说是绝对的救星。然而，要在实验室中重建复杂的器官，首先需要弄清楚如何生长多层活组织。Empa的研究人员现在已经向这个目标迈进了一步：通过喷雾过程，他们创造了有效的肌肉纤维。

任何因心力衰竭而需要移植的人都必须希望有合适的供体器官。植入后不会引发体内任何排斥反应的人造心脏将是一种优雅的替代品。苏黎世大学医学苏黎世研究联盟的苏黎世心脏项目，其中Empa是其合作伙伴，目前正在开发这样一颗人造心脏。为了确保实验室制造的泵能够被人体所容忍，目的是将其包裹并涂在人体组织中，就像隐形斗篷一样。到目前为止，多层功能组织的培养一直是“组织工程”这个新兴领域的主要挑战。Empa的研究人员现已成功地让细胞在三维合成聚合物支架中发育成肌纤维。

“人类的心脏自然由几层不同的组织组成，”Empa的圣加仑仿生膜和纺织品实验室的Lukas Weidenbacher解释说。衬里中的肌纤维在结构中起决定性作用，因为它们对不断跳动的心脏的稳定性和柔韧性负责。然而，培养多层生长的肌纤维是具有挑战性的，因为细胞必须首先嵌入三维支架中。“可以肯定的是，通过所谓的静电纺丝，可以创造出与人体组织非常相似的三维聚合物结构，”Weidenbacher说。在此过程中，液体聚合物的游丝状线以天然组织的方式交织。

防止摔跤

Empa的研究人员因此将有价值的细胞包装在保护性胶囊中。明胶鞘各含一至两个细胞。这可以保护细胞免受溶剂的侵害。一种称为电喷雾的特殊喷雾方法可以将胶囊注入纺丝支架的孔中。材料科学家解释说：“以这种方式受到保护的细胞能很好地完成喷洒。”一旦细胞沉淀在所需位置，凝胶状胶囊就会在几分钟内溶解。

扫描电子显微镜图像显示细胞在其合成聚合物巢中感觉到它们：一旦胶囊溶解，未成熟的前体细胞开始结合并成熟以形成细长的肌肉纤维。目的是最终得到一个尽可能接近天然肌肉组织的结构。“由于人工心脏不断被血液循环灌注，重要的是表面具有防止凝结的质量，”Weidenbacher说。

对免疫系统不可见

研究人员利用小鼠细胞系的未成熟肌细胞进行了一系列实验。这些前体细胞在支架中分化并产生通常在肌肉中发生的蛋白质。然而，在未来，目标是将可植入的人造心脏包裹在患者自身的细胞中。通过这种方式，可以为患者培养个人心脏，使患者的身体免疫系统“隐形”。