模仿天然心臟瓣膜的復雜性，3D打印瓣膜讓患者的細胞滲入支架
瓣膜是心臟內部一個非常重要的結構，形狀像花瓣，而且非常的薄，它們相當于心臟中房與房之間和心室與大動脈之間的大門，只能沿著血液流動的方向開啟，保證血液順著一個方向通過心臟，防止血液逆流。正常心臟瓣膜的開放和關閉有賴于瓣膜、瓣環以及腱索和乳頭肌等結構，當心臟瓣膜出現結構或功能改變時，血液無法順利排出，或者排出去的血液逆流回來,而使心臟負荷加重, 就會引發瓣膜性心臟病。[1]
此前，瑞士蘇黎世理工大學通過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，慕尼黑工業大學開發出一種新形式的 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胞有可能形成新細胞。
3D打印心臟瓣膜
© 慕尼黑工業大學
根據患者的解剖結構進行定制，并實現復雜的仿生設計結構。3D打印心臟瓣膜在實現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
市場上大多數聚合物瓣膜材料尚未達到天然組織的性能，它們仍然會引起血栓和鈣化問題，并且在血流循環負荷下，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，針對患者的個體化特點進行定制化的制造也難以實現。慕尼黑工業大學最近宣布，他們已經開發出一種新形式的 3D 打印心臟瓣膜，模仿天然心臟瓣膜的復雜性，3D打印瓣膜讓患者的細胞滲入支架，從而與患者身體的其他部分一起生長，有可能減少與移植相關的許多并發癥。
3D打印心臟瓣膜
© 慕尼黑工業大學
隨著3D打印-增材制造技術在醫療領域的使用呈指數級增長，這項技術正在使科學家和醫生能夠探索幾年前完全無法想象的可能性。然而，盡管 3D 打印已經成功應用于假肢制造和植入物等領域，但內科等其他領域，尤其是生物3D打印的概念，仍在探索之中，慕尼黑工大大學這項3D 打印心臟瓣膜的研究代表了該領域向前邁出的重要一步。
包括慕尼黑工業大學 (TUM) 醫學材料和植入物教授 Petra Mela 和西澳大利亞大學的 Elena De-Juan Pardo 教授在內的一組研究人員一直致力于創造 3D 打印心臟瓣膜，通過將增材制造技術與特殊的可生物降解材料結合使用，專業人員能夠制造出復制人體器官獨特復雜性的植入物。考慮到僅在美國每年就有 182,00 例心臟瓣膜置換手術，這項研究一旦可行就可以幫助挽救許多生命。
細節非常精細
盡管可能已經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癥。例如，機械瓣膜容易在金屬表面形成血栓，這可能導致嚴重的并發癥。除此之外，患者還必須終生使用血液稀釋藥物，以及身體活動的限制。
3D打印心臟瓣膜
© 3D科學谷白皮書
目前的心臟瓣膜不會隨著患者的生長而生長，并且必須在多年的多次手術中進行更換。慕尼黑工業大學和西澳大利亞大學的目標是設計仿生心臟瓣膜，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，因為相比之下，3D打印的心臟瓣膜模仿天然心臟瓣膜的復雜性，旨在讓患者自己的細胞滲入支架。
使用特殊的 AM-增材制造技術
為了能夠模仿人體器官的精細生物結構，研究人員轉向了一種全新的增材制造技術，稱為熔融電場直寫3D打印技術。本質上，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，該電場應用于噴射，使所得纖維薄至 5 到 50 微米，從而使機器能夠打印極其詳細的圖案并產生非常精確的圖案。為了確保植入物使用最好的材料，該團隊選擇使用與細胞相容且可生物降解的醫用級聚己內酯 (PCL)。
如前所述，長期目標是為兒童制造植入物，可以留在體內并與患者一起成長。希望在一段時間后，細胞會沉淀在比 PCL 結構的孔隙更小的微孔空間中。盡管還有很長的路要走，但該團隊相信這對于患有心臟瓣膜疾病的人來說將是一個很大的改善，他們很快就會進行動物試驗。
(責任編輯：admin)
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