(本報訊) 這項工作的根源在於一個世紀之久的謎團。1669年英國醫生理查• 洛爾（Richard Lower）——他的同事中包括約翰•洛克（John Locke）和患者中的國王查理斯二世（King CharlesII） —— 在他的開創性著作Tractatusde Corde 中首次注意到心肌呈螺旋狀排列。在接下來的三個世紀裡，醫生和科學家對心臟的結構有了更全面的瞭解，但這些螺旋狀肌肉的用途仍然令人沮喪地難以研究。

  1969 年，阿拉巴馬大學伯明罕醫學院生物數學系前任系主任愛德華•薩林(Edward Sallin) 認為，心臟的螺旋排列對於實現大的射血分數至關重要——每次收縮時心室泵出多少血液的百分比。

  SEAS的博士後研究員、該論文的共同第一作者John Zimmerman 說:我們的目標是建立一個模型，可以在其中檢驗Sallin的假設並研究心臟螺旋結構的相對重要性， 為了檢驗Sallin 的理論，SEAS研究人員使用FRJS系統來控制紡絲纖維的排列，使它們可以在其上生長心肌細胞。

  FRJS 的第一步就像一台棉花糖機——將液態聚合物溶液裝入儲液罐中，並在設備旋轉時通過離心力從一個微小的開口中推出。當溶液離開儲存器時，溶劑蒸發，聚合物固化形成纖維。然後，當纖維沉積在收集器上時，聚焦氣流控制纖維的方向。研究小組發現，通過傾斜和旋轉收集器，流中的纖維會在收集器旋轉時對齊並扭曲，模仿心肌的螺旋結構。可以通過改變收集器的角度來調整纖維的排列。

  與隨著特徵變小而速度變慢的3D列印不同，FRJS 可以快速紡制單微米級的纖維——或者比一根頭髮絲小約50倍。當涉及到從頭開始建立一顆心時，這一點很重要。以膠原蛋白為例，它是心臟中的一種細胞外基質蛋白，直徑也只有一微米。在這種解析度下，3D列印人體心臟中的每一塊膠原蛋白需要100多年的時間。FRJS 可以在一天內完成。旋轉後，心室接種大鼠心肌細胞或人幹細胞衍生的心肌細胞。在大約一周內，幾層薄薄的跳動組織覆蓋了支架，細胞跟隨下方的纖維排列。

  跳動的心室模仿了人類心臟中存在的相同的扭曲或擰動運動。

  研究人員比較了由螺旋排列纖維製成的心室和由圓周排列纖維製成的心室之間的心室變形、電信號速度和射血分數。他們發現，在每條戰線上，螺旋排列的組織都優於周向排列的組織。

  派克說:自2003 年以來，我們小組一直致力於瞭解心臟的結構-功能關係以及疾病如何在病理上損害這些關係，“心臟的層狀結構。幸運的是，Sallin教授在半個多世紀前發表了一項理論預測，我們能夠建立一個新的製造平臺，使我們能夠檢驗他的假設並解決這個數百年來的問題。”

  該團隊還證明，該過程可以放大到實際人類心臟的大小，甚至更大，達到小須鯨心臟的大小（他們沒有在更大的模型中植入細胞，因為這需要數十億個心肌細胞）。