瓣膜是心臟內(nèi)部一個(gè)非常重要的結(jié)構(gòu)，形狀像花瓣，而且非常的薄，它們相當(dāng)于心臟中房與房之間和心室與大動(dòng)脈之間的大門，只能沿著血液流動(dòng)的方向開啟，保證血液順著一個(gè)方向通過心臟，防止血液逆流。正常心臟瓣膜的開放和關(guān)閉有賴于瓣膜、瓣環(huán)以及腱索和乳頭肌等結(jié)構(gòu)，當(dāng)心臟瓣膜出現(xiàn)結(jié)構(gòu)或功能改變時(shí)，血液無法順利排出，或者排出去的血液逆流回來,而使心臟負(fù)荷加重, 就會(huì)引發(fā)瓣膜性心臟病。[1]

       此前，瑞士蘇黎世理工大學(xué)通過3D打印硅膠材料的心臟瓣膜，旨在提高材料的抗血凝性以及提高人工心臟瓣膜的壽命。近日，慕尼黑工業(yè)大學(xué)開發(fā)出一種新形式的 3D 打印心臟瓣膜。這些新的人造器官部件旨在讓患者自己的細(xì)胞有可能形成新細(xì)胞。

3D打印心臟瓣膜
© 慕尼黑工業(yè)大學(xué)

      根據(jù)患者的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行定制，并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的仿生設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。3D打印心臟瓣膜在實(shí)現(xiàn)提高材料的抗血凝性、提高人工心臟瓣膜的壽命、提高生物相容性方面開辟了一條新的探索之路。

 3D打印心臟瓣膜

        市場(chǎng)上大多數(shù)聚合物瓣膜材料尚未達(dá)到天然組織的性能，它們?nèi)匀粫?huì)引起血栓和鈣化問題，并且在血流循環(huán)負(fù)荷下，聚合物瓣膜易失效。雖然研究人員致力于找到具有更佳性能的聚合物瓣膜材料，但制造這類人工心臟瓣膜的成本仍然非常高，針對(duì)患者的個(gè)體化特點(diǎn)進(jìn)行定制化的制造也難以實(shí)現(xiàn)。慕尼黑工業(yè)大學(xué)最近宣布，他們已經(jīng)開發(fā)出一種新形式的 3D 打印心臟瓣膜，模仿天然心臟瓣膜的復(fù)雜性，3D打印瓣膜讓患者的細(xì)胞滲入支架，從而與患者身體的其他部分一起生長(zhǎng)，有可能減少與移植相關(guān)的許多并發(fā)癥。

3D打印心臟瓣膜
© 慕尼黑工業(yè)大學(xué)

      隨著3D打印-增材制造技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的使用呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，這項(xiàng)技術(shù)正在使科學(xué)家和醫(yī)生能夠探索幾年前完全無法想象的可能性。然而，盡管 3D 打印已經(jīng)成功應(yīng)用于假肢制造和植入物等領(lǐng)域，但內(nèi)科等其他領(lǐng)域，尤其是生物3D打印的概念，仍在探索之中，慕尼黑工大大學(xué)這項(xiàng)3D 打印心臟瓣膜的研究代表了該領(lǐng)域向前邁出的重要一步。

包括慕尼黑工業(yè)大學(xué) (TUM) 醫(yī)學(xué)材料和植入物教授 Petra Mela 和西澳大利亞大學(xué)的 Elena De-Juan Pardo 教授在內(nèi)的一組研究人員一直致力于創(chuàng)造 3D 打印心臟瓣膜，通過將增材制造技術(shù)與特殊的可生物降解材料結(jié)合使用，專業(yè)人員能夠制造出復(fù)制人體器官獨(dú)特復(fù)雜性的植入物。考慮到僅在美國(guó)每年就有 182,00 例心臟瓣膜置換手術(shù)，這項(xiàng)研究一旦可行就可以幫助挽救許多生命。

 細(xì)節(jié)非常精細(xì)

       盡管可能已經(jīng)存在其他類型的心臟瓣膜植入物，但使用這些植入物總是伴隨著不同的并發(fā)癥。例如，機(jī)械瓣膜容易在金屬表面形成血栓，這可能導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥。除此之外，患者還必須終生使用血液稀釋藥物，以及身體活動(dòng)的限制。

3D打印心臟瓣膜
© 3D科學(xué)谷白皮書

       目前的心臟瓣膜不會(huì)隨著患者的生長(zhǎng)而生長(zhǎng)，并且必須在多年的多次手術(shù)中進(jìn)行更換。慕尼黑工業(yè)大學(xué)和西澳大利亞大學(xué)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)仿生心臟瓣膜，以支持患者新功能組織的形成。兒童將特別受益于這種解決方案，因?yàn)橄啾戎�下�?D打印的心臟瓣膜模仿天然心臟瓣膜的復(fù)雜性，旨在讓患者自己的細(xì)胞滲入支架。

 使用特殊的 AM-增材制造技術(shù)

       為了能夠模仿人體器官的精細(xì)生物結(jié)構(gòu)，研究人員轉(zhuǎn)向了一種全新的增材制造技術(shù)，稱為熔融電場(chǎng)直寫3D打印技術(shù)。本質(zhì)上，這是一種擠出工藝，其中聚合物被加熱、熔化并以液體噴射的形式從打印頭中推出。然而，這種工藝的特別之處在于使用了高壓電場(chǎng)，該電場(chǎng)應(yīng)用于噴射，使所得纖維薄至 5 到 50 微米，從而使機(jī)器能夠打印極其詳細(xì)的圖案并產(chǎn)生非常精確的圖案。為了確保植入物使用最好的材料，該團(tuán)隊(duì)選擇使用與細(xì)胞相容且可生物降解的醫(yī)用級(jí)聚己內(nèi)酯 (PCL)。

      如前所述，長(zhǎng)期目標(biāo)是為兒童制造植入物，可以留在體內(nèi)并與患者一起成長(zhǎng)。希望在一段時(shí)間后，細(xì)胞會(huì)沉淀在比 PCL 結(jié)構(gòu)的孔隙更小的微孔空間中。盡管還有很長(zhǎng)的路要走，但該團(tuán)隊(duì)相信這對(duì)于患有心臟瓣膜疾病的人來說將是一個(gè)很大的改善，他們很快就會(huì)進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)。

(責(zé)任編輯：admin)

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