斯坦福大學(xué)突破性3D打印毫微旋轉(zhuǎn)器，可在幾分鐘內(nèi)清除引起中風(fēng)的血栓

2025年9月11日，南極熊獲悉，來自斯坦福大學(xué)的研究人員采用3D打印設(shè)計(jì)制作了一款名為“毫微旋轉(zhuǎn)器”（milli-spinner）的新型醫(yī)療設(shè)備，可以采用機(jī)械手段有效清除掉人體血管內(nèi)的血栓。

血栓會(huì)阻塞動(dòng)脈和靜脈，導(dǎo)致中風(fēng)、心臟病發(fā)作或肺部阻塞。醫(yī)生通常使用機(jī)械血栓切除術(shù)來移除血栓，通常是通過抽吸、支架取栓或?qū)⒀ù蛩椤ｋm然這些方法可以挽救生命，但在高達(dá)30%的病例中，尤其是在血栓體積大、密度高的情況下，失敗率也會(huì)更高，而且血栓碎片的釋放還可能造成新的阻塞。

斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在arXiv上發(fā)表了題為“Milli-spinner thrombectomy ”的研究成果。

論文鏈接：https://arxiv.org/pdf/2407.18495#:~:text=Milli%2Dspinner%20fabrication,each%20layer%20of%2020%20%C2%B5m.

這里的毫微旋轉(zhuǎn)器的工作原理與現(xiàn)有方法不同，它壓縮并重塑血栓，而不是將其切割開來。研究項(xiàng)目由機(jī)械工程系助理教授Ruike Renee Zhao領(lǐng)導(dǎo)，早期測試表明，打印裝置可以使中風(fēng)、肺栓塞和其他血栓相關(guān)疾病的治療更快、更安全、更有效。

△斯坦福大學(xué)教授 Jeremy J. Heit 和 Renee Zhao 使用真人大小的人體循環(huán)系統(tǒng)模型演示如何插入毫微旋轉(zhuǎn)器。圖片來自 Aaron Kehoe | 斯坦福大學(xué)。

高速旋轉(zhuǎn)器可安全縮小血凝塊

為了開發(fā)這些毫微旋轉(zhuǎn)器，研究團(tuán)隊(duì)采用了高分辨率立體光刻 (SLA) 和數(shù)字光處理 (DLP) 3D 打印技術(shù)。他們使用Formlabs3+ SLA 3D 打印機(jī)，使用FormlabsGrey 樹脂制作了一個(gè)更大的 2.5 毫米版本。

△一種用于有效進(jìn)行機(jī)械取栓（MT）的多功能微型旋轉(zhuǎn)裝置，可治療多種疾病。

尺寸較小的不透射線版本，分別為1.5毫米、1.3毫米和1.2毫米，采用定制的數(shù)字光處理打印機(jī)打印而成。打印機(jī)使用385納米UV-LED投影儀以及混合了硫酸鋇和氧化鐵的樹脂。這些添加的材料使這些裝置在熒光透視成像過程中清晰可見，這對(duì)于實(shí)時(shí)引導(dǎo)手術(shù)至關(guān)重要。

一旦毫微旋轉(zhuǎn)器接觸到血凝塊，它就會(huì)快速旋轉(zhuǎn)，將血凝塊壓在表面。這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)擠壓出紅細(xì)胞，并壓縮血凝塊的纖維蛋白結(jié)構(gòu)，尺寸縮小多達(dá)90%。這樣，更小、更致密的血凝塊就能更容易地被移除。研究人員將這一過程比作滾動(dòng)和擠壓棉球，直到它變小。

在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，毫微旋轉(zhuǎn)器能夠以驚人的速度縮小血凝塊。富含紅細(xì)胞的血凝塊在幾秒鐘內(nèi)就縮小了，而富含纖維蛋白的血凝塊——它們更加堅(jiān)韌，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備也更具抵抗力——在幾分鐘內(nèi)仍能顯著縮小。裝置在不同粘度的液體中也能正常工作，這代表了人體血液的自然變化。

毫微旋轉(zhuǎn)器還可以進(jìn)行改裝，將藥物直接輸送至堵塞部位。在一次演示中，研究人員將染料裝入設(shè)備的空心核心，并展示了可以通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度來控制藥物的釋放速度。這一特性未來有望使溶栓藥物輸送更加精準(zhǔn)，從而減少副作用。

研究人員隨后在真實(shí)的血管模型中，利用熒光透視成像（與醫(yī)生在實(shí)際手術(shù)中使用的成像方式相同）測試了除栓裝置。在肺栓塞模型中，微型旋轉(zhuǎn)器在約45秒內(nèi)（遠(yuǎn)低于一分鐘）就清除了堵塞物。

同樣，在腦動(dòng)脈卒中模型中，它僅用8秒就恢復(fù)了血流，并一次性徹底清除了血栓。這一結(jié)果尤其值得關(guān)注，因?yàn)槟壳暗脑O(shè)備通常需要多次操作才能達(dá)到同樣的效果。

在豬身上進(jìn)行的試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。當(dāng)血凝塊被注入腎動(dòng)脈和面動(dòng)脈（這些動(dòng)脈的大小和結(jié)構(gòu)與人類腦動(dòng)脈相似）時(shí)，毫微旋轉(zhuǎn)器只需約2分鐘的血凝塊去除過程，就能一次性將血凝塊取出。

影像顯示血流恢復(fù)，組織分析證實(shí)血管壁內(nèi)皮層完好無損。與之前最先進(jìn)的抽吸裝置相比，毫微旋轉(zhuǎn)器的成功率更高，后者在單次抽吸過程中無法取出同一血凝塊。

研究人員報(bào)告稱，除栓裝置在超過80%的頑固血栓病例中實(shí)現(xiàn)了完全血運(yùn)重建，即血流完全恢復(fù)。他們指出，對(duì)于較軟的血栓，成功率可能更高。

趙教授指出，盡管團(tuán)隊(duì)最初的工作重點(diǎn)是清除血栓，但這種微型旋轉(zhuǎn)器的應(yīng)用范圍可能更加廣泛。他們正在探索如何將定向吸力應(yīng)用于捕獲和清除腎結(jié)石碎片。

△毫微旋轉(zhuǎn)器的特寫，它由一根可以快速旋轉(zhuǎn)的長空心管組成，并在血凝塊附近設(shè)有一系列翼片和狹縫，有助于形成局部吸力。圖片來自 Andrew Brodhead | 斯坦福大學(xué)。

斯坦福大學(xué)的醫(yī)學(xué)貢獻(xiàn)

除了毫微旋轉(zhuǎn)器之外，斯坦福大學(xué)的研究人員最近還開發(fā)了一個(gè)計(jì)算平臺(tái)，克服了器官生物打印中的一個(gè)關(guān)鍵障礙：創(chuàng)建逼真的血管網(wǎng)絡(luò)來維持實(shí)驗(yàn)室培育的組織。算法平臺(tái)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，血管樹生成速度比以往方法快約200倍，并集成了流體動(dòng)力學(xué)以確保血流和結(jié)構(gòu)可行性，并輸出可3D打印的模型。概念驗(yàn)證打印模型包括一個(gè)包含500個(gè)分支的網(wǎng)絡(luò)和嵌入血管的組織環(huán)，這些血管可維持人類腎臟細(xì)胞的活力。雖然目前尚未完全實(shí)現(xiàn)功能性血管，但這一進(jìn)展使可擴(kuò)展、針對(duì)特定患者的生物打印器官更接近現(xiàn)實(shí)。

2021年，斯坦福大學(xué)和北卡羅來納大學(xué)教堂山分校（UNC）的研究人員開發(fā)了一種3D打印微針疫苗貼片，產(chǎn)生的免疫反應(yīng)遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)注射。他們利用Carbon的CLIP技術(shù)，將鋒利、可定制的微針直接打印到聚合物貼片上，克服了成型方面的限制。

測試顯示，這些貼片引發(fā)的免疫反應(yīng)比皮下注射強(qiáng)50倍，比肌肉注射強(qiáng)10倍。通過靶向皮膚免疫細(xì)胞，它們可以節(jié)省劑量，同時(shí)提供無痛的自我給藥、更易于儲(chǔ)存和可擴(kuò)展的分發(fā)，可作為傳統(tǒng)疫苗接種的替代方案。