新型可吸收3D打印植入物可幫助患者再生自己的心臟瓣膜

南極熊導(dǎo)讀：心臟瓣膜疾病是一種常見(jiàn)的嚴(yán)重健康問(wèn)題，目前缺乏長(zhǎng)期有效的治療方法�，F(xiàn)有的治療方式包括瓣膜置換和修復(fù)，但這些方法存在諸多局限性，如需要反復(fù)手術(shù)、費(fèi)用高昂、風(fēng)險(xiǎn)大，并且對(duì)于兒科患者來(lái)說(shuō)，解決方案非常有限。

△3D打印生物可吸收心臟瓣膜，可促進(jìn)組織再生，有可能消除重復(fù)手術(shù)的需要，并為成人和兒童心臟病患者提供變革性解決方案

2025年2月13日，南極熊獲悉，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的研究人員在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域取得了重大突破，成功開(kāi)發(fā)了一種革命性的3D打印心臟瓣膜。這一創(chuàng)新采用生物可吸收材料，能夠根據(jù)患者獨(dú)特的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)。該瓣膜在植入患者體內(nèi)后，將逐漸被身體吸收，同時(shí)促進(jìn)新組織的生長(zhǎng)，最終實(shí)現(xiàn)瓣膜功能的自然替代。

這項(xiàng)技術(shù)由佐治亞理工學(xué)院和埃默里大學(xué)的華萊士H.庫(kù)爾特生物醫(yī)學(xué)工程系教授Lakshmi Prasad Dasi和Scott Hollister領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室共同研發(fā)。Dasi是心臟瓣膜功能和力學(xué)領(lǐng)域的頂尖研究員，而Hollister則是組織工程和兒科醫(yī)療器械3D打印領(lǐng)域的頂尖專(zhuān)家。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這一創(chuàng)新標(biāo)志著心臟瓣膜治療領(lǐng)域的一次根本性變革。

Dasi教授強(qiáng)調(diào)：“我們的技術(shù)與目前廣泛使用的心臟瓣膜裝置截然不同，它將引領(lǐng)我們進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代，在這個(gè)時(shí)代中，心臟瓣膜可以在患者體內(nèi)自然再生，從而擺脫了依賴(lài)不耐用、不可持續(xù)的動(dòng)物組織裝置的現(xiàn)狀�！�

Hollister教授補(bǔ)充道：“在兒科領(lǐng)域，最大的挑戰(zhàn)之一是孩子會(huì)長(zhǎng)大，他們的心臟瓣膜會(huì)隨著時(shí)間推移而改變大小。因此，孩子在成長(zhǎng)過(guò)程中必須接受多次手術(shù)來(lái)修復(fù)瓣膜。有了這項(xiàng)新技術(shù)，患者可以長(zhǎng)出新的瓣膜組織，而不必?fù)?dān)心將來(lái)多次更換瓣膜�！�

△促進(jìn)組織再生的生物可吸收心臟瓣膜（黃色）和3D打印心臟模型

可降解3D打印植入物長(zhǎng)進(jìn)心里

盡管3D打印心臟瓣膜技術(shù)已存在，且生物可吸收材料在植入物中的應(yīng)用也非新鮮事，但將這兩種技術(shù)結(jié)合，創(chuàng)造出一款具有可吸收形狀記憶材料的裝置，這在歷史上尚屬首次。

Dasi實(shí)驗(yàn)室的研究科學(xué)家Sanchita Bhat解釋道：“該項(xiàng)目旨在超越心臟瓣膜設(shè)計(jì)與制造的傳統(tǒng)一刀切模式，轉(zhuǎn)而開(kāi)發(fā)一種更為耐用、專(zhuān)為患者定制的植入物。”

研究的初步階段涉及對(duì)合適材料的探索以及對(duì)不同原型的測(cè)試。研究人員的心臟瓣膜是利用一種名為聚（十二烷二酸甘油酯）的生物相容性材料，通過(guò)3D打印技術(shù)制造而成。

△團(tuán)隊(duì)使用特殊的3D打印機(jī)制造由生物相容性材料制成的設(shè)備（左側(cè)的橙色設(shè)備）

此瓣膜具備形狀記憶功能，允許通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)行折疊和輸送，從而避免了開(kāi)胸手術(shù)的需求。植入后，隨著體溫的作用，3D打印瓣膜將恢復(fù)到它原始形狀。隨后，該材料將向體內(nèi)發(fā)出信號(hào)，引導(dǎo)身體生成新組織以替代裝置。數(shù)月后，原裝置將被完全吸收。

△在用于測(cè)試心臟瓣膜耐久性的心臟模擬裝置中可以觀察到心臟瓣膜原型

研究人員Joshi表示：“一旦確定了植入物的概念，便需要通過(guò)大量的微調(diào)和優(yōu)化來(lái)確保設(shè)計(jì)、材料和制造參數(shù)的正確性。這是一個(gè)迭代過(guò)程，我們不斷在系統(tǒng)中測(cè)試這些方面，以保證瓣膜能夠正常工作�！�

目前，Bhat和Joshi正利用計(jì)算模型和臺(tái)式研究來(lái)測(cè)試心臟瓣膜的物理耐久性。Dasi實(shí)驗(yàn)室裝備有一套心臟模擬裝置，它能夠模擬真實(shí)心臟的生理?xiàng)l件，以匹配單個(gè)患者心臟的壓力和流量情況。另一臺(tái)設(shè)備則通過(guò)在短時(shí)間內(nèi)讓瓣膜經(jīng)歷數(shù)百萬(wàn)次的心跳周期來(lái)測(cè)試它的機(jī)械耐久性。

△研究人員使用心臟模擬裝置測(cè)試心臟瓣膜原型。該系統(tǒng)與真實(shí)心臟的生理狀況相匹配，可以模擬單個(gè)患者心臟的壓力和流量狀況

改變游戲規(guī)則的生物技術(shù)

研究人員指出，開(kāi)發(fā)一種既能滿足心臟瓣膜嚴(yán)格功能要求，又能促進(jìn)新組織生長(zhǎng)并最終替代原有功能的材料，是一個(gè)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。此外，任何新型醫(yī)療設(shè)備從實(shí)驗(yàn)室研究到臨床應(yīng)用都需跨越漫長(zhǎng)且復(fù)雜的流程，須滿足一系列關(guān)鍵的里程碑。

研究團(tuán)隊(duì)的愿景是首先將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于兒科患者，特別是在其它治療方法無(wú)效時(shí)。他們期望通過(guò)進(jìn)一步的研究和臨床試驗(yàn)，證明這種制造方法同樣適用于所有患者群體，為心臟瓣膜疾病治療帶來(lái)整體變革，并為患者提供更加個(gè)性化和持久的治療方案。

研究人員表示，他們希望這項(xiàng)技術(shù)能夠徹底革新心臟瓣膜疾病的治療方式，并為組織工程設(shè)備的發(fā)展開(kāi)啟新的篇章。