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科学家3D打印血管植入物以治疗先天性心脏病

日期: 2016-02-01
浏览次数: 110

来源:天工社 / 作者: / 2016-01-31

尽管生物医学领域的3D打印解决方案,尤其是3D生物打印可植入人体组织,仍然处于实验室阶段,但美国马里兰大学Fisher实验室的科学家们已经在尝试这使用它来拯救生命。他们关注的焦点是先天性心脏病(CHD,先心病),该疾病影响了近1%的新生儿,属于出生缺陷中的最常见类型。日前,科学家们研发了一种新型的定制3D打印植入物来纠正这些缺陷。


据天工社了解,先天性心脏病是一种非常难对付的病,每年仅在美国就影响多达4万多个新生的婴儿。尽管有一些治疗手段会让一些先心病患儿获得更健康的生活,但是它们并不是普遍适用的。这中间最大的问题是由于每个人的解剖结构上的差异,其表现出来的心脏缺陷也不相同。以通过在心脏植入移植物来治疗,但是该植入物需要完美匹配病人的条件——而且并不是总是可行的。此外,当前的植入物移植往往容易产生渐进梗阻、感染、缺乏生长潜力等负面影响。事实上,如果从病人1015年后的情况看,移植失败率都在70~100%范围内。

幸运的是,3D生物打印的发展提供了一种可行的替代方案,该方案使用可生物降解材料为患者定制血管植入物。马里兰大学的John Fisher教授和他的组织工程与生物材料实验室的研究人员名一直致力于开发一种可生物降解支架的制造平台。

尽管在此之前天工社也曾经报道过几种可以3D打印的功能性血管,但是这些血管往往只适合大器官和其它组织,根本不适合心脏。更重要的是,先心病患者需要的是那些在制造之后立即具有足够的机械强度的植入物。

他们因此着手开发一种功能性的全3D打印非细胞血管植入物。尤其是,他们用了一种被称为聚丙烯富马酸(PPF)的生物相容性材料。这是一种可降解的聚酯,它包含了一种碳-碳双键,这使它能够在聚合物链之间建立连接——这种特性使它很适合3D打印或者作为功能性的组织支架。不过要使它可3D打印,还需要与DEF混合在一起(按照5:4的重量比)。

在实际3D打印的时候,研究团队使用的是DLP光固化快速成型技术,他们根据MRICT影响资料使用SolidWorks软件设计出3D模型,然后使用基于DLP技术的EnvisionTEC Perfactory P4  3D打印机打印出定制的血管植入物。“3D打印的植入物有效长度为7毫米,宽为2毫米。”研究人员补充道。

最终,研究团队发现,这些PPF支架能够很好地粘附细胞结构,并在小鼠心脏的静脉系统中验证了它的功效。这证明了通过诉诸3D打印技术开发这些血管移植物,可以显著减少制造支架所必需的步骤。更重要的是,科学家们看到这些PPF 移植物展示出与原生血管同样的力学性能。因此,他们认为3D打印技术和这种PPF材料在定制血管支架方面应用潜力极大,相应地也将会给先心病患者带来很大的帮助。

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