3D打印心臟瓣膜喚起了特異性治療患者的興趣

來源： 廣西增材制造協(xié)會(huì)

導(dǎo)讀：作者及其合作研究人員最近通過3D打印創(chuàng)建人工心臟瓣膜的工作，他們的研究結(jié)果在他們最近發(fā)表的文章“聚合物心臟瓣膜的未來”，主要在'“有機(jī)硅增材制造的Bioinspired心臟瓣膜修復(fù)體”中提及。

雖然作者討論了心臟瓣膜和替代品的不斷發(fā)展，但他們強(qiáng)調(diào)了Studart及其合作研究人員在創(chuàng)建基于有機(jī)硅的聚合物心臟瓣膜方面的工作，這可以追溯到20世紀(jì)60年代開始的醫(yī)學(xué)趨勢(shì)。利用3D打印的一些經(jīng)典優(yōu)勢(shì)，醫(yī)學(xué)科學(xué)家使用明確更現(xiàn)代的方法制造了具有患者特異性可卷曲聚合物支架的原型。


今天，大多數(shù)心臟瓣膜作為假肢是機(jī)械的或“假體的”，這是更優(yōu)選的類型（占美國(guó)主動(dòng)脈瓣置換的80％至90％），通常由異種移植組織瓣膜組成。

（A）天然小葉的生物學(xué)設(shè)計(jì)，顯示小葉上的纖維排列。重新繪制來自Sauren.35（B和C）在收縮期（B）松弛彈性蛋白纖維和膠原蛋白聚集以及舒張期（C）期間彈性蛋白纖維和膠原纖維束的拉伸。重新繪制來自Schoenand Levy.36（D-F）合成心臟瓣膜（D），其特征在于（E）生物激發(fā)的小葉結(jié)構(gòu)和（F）主動(dòng)脈根的患者特異性幾何形狀。標(biāo)簽：（1）膠原纖維; （2）彈性蛋白纖維; （3）主動(dòng)脈根; （4）硬硅膠纖維; （5）柔軟的硅膠小葉。（圖片來自' 有機(jī)硅添加劑制造的Bioinspired心臟瓣膜修復(fù)體 '）

“現(xiàn)在隨著經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣膜置換術(shù)（TAVR）的推進(jìn)，其中主動(dòng)脈瓣膜通過導(dǎo)管式壓接瓣膜通過股動(dòng)脈途徑而不是通過開放性心臟手術(shù)進(jìn)行替換，”現(xiàn)在生物瓣膜占大于研究人員表示，“某些國(guó)家90％的假體位于主動(dòng)脈位置，隨著新的TAVR數(shù)據(jù)和手術(shù)的可用性增加，這一比例可能增加�！�

在歷史上，早期的閥門已經(jīng)可以用各種材料制成，像硅樹脂、聚氨酯和其他聚合物，僅在結(jié)構(gòu)上遇到些問題，會(huì)導(dǎo)致鈣化或血栓。即使最近在制造假體心臟瓣膜方面取得了巨大進(jìn)步，制造“耐用、抗血栓的瓣膜”仍是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，科學(xué)家表示這將是最好的基于導(dǎo)管的方法。隨著聚合物合成的不斷完善，包括對(duì)可卷曲閥門的現(xiàn)實(shí)承諾，聚合物在閥門制造中變得更加有趣，無論是獨(dú)立的還是作為支架。


原型是一個(gè)“令人印象深刻”的閥門原型，它具有額外的優(yōu)勢(shì)，允許患者特定的治療。這當(dāng)然不僅僅是一個(gè)趨勢(shì)，因?yàn)樗�消除了從以前的許多問題。能夠直接從3D掃描創(chuàng)建模型，或者在其他情況下創(chuàng)建載有來自患者的干細(xì)胞的植入物，并發(fā)癥大大減少，這意味著總體上更好的結(jié)果。


雖然“體外”評(píng)估是有發(fā)展前景的，但它們需要更多的測(cè)試，特別是由于之前對(duì)聚合物閥門的限制進(jìn)行了大量研究。

“其他研究小組報(bào)告說，聚合物瓣膜達(dá)到了體外瓣膜測(cè)試的最低標(biāo)準(zhǔn)，  硅膠或更新的聚合物是否會(huì)產(chǎn)生最佳的瓣膜材料仍有待觀察。在潛在的補(bǔ)充工作中，組織工程瓣膜已經(jīng)達(dá)到成功植入動(dòng)物的階段，盡管關(guān)于耐久性的嚴(yán)重問題仍然存在，”研究人員總結(jié)道�！盁o論是聚合物瓣膜支架支柱還是瓣膜小葉，這些都可以補(bǔ)充組織工程瓣膜，還有待觀察�！�


“聚合物和組織工程心臟瓣膜領(lǐng)域一直是一個(gè)很有前景的領(lǐng)域。目前生物假體和機(jī)械瓣膜的已知局限性激發(fā)了對(duì)這些替代品的廣泛研究，但其背后令人印象深刻的科學(xué)仍然處于臺(tái)式和動(dòng)物測(cè)試的水平�！�

Bioinspired合成閥的制造工作流程（A）主動(dòng)脈根通過CT成像并轉(zhuǎn)換為數(shù)字網(wǎng)格。（B）創(chuàng)建兩個(gè)心軸：一個(gè)代表瓣膜的內(nèi)表面，另一個(gè)代表測(cè)量的主動(dòng)脈根。（C）瓣膜實(shí)際上定位在患者的主動(dòng)脈根部解剖結(jié)構(gòu)中，并且小葉的構(gòu)造與根部幾何形狀相匹配。（D）瓣膜心軸噴涂軟硅油墨以產(chǎn)生實(shí)際的小葉。（E）增強(qiáng)纖維和使用直接墨水書寫打印小葉三角形。（F）在打印的瓣膜上包覆一個(gè)與主動(dòng)脈幾何形狀相匹配的臨時(shí)帽，并在取下蓋子之前打印支架狀結(jié)構(gòu)

3D打印的植入物和醫(yī)療模型以及原型為醫(yī)療領(lǐng)域帶來了巨大的價(jià)值，在很多層面從患者的角度看，有更多選擇進(jìn)行特定治療和更好的診斷，能夠使用模型作為手術(shù)計(jì)劃工具。

用于定制硅膠心臟瓣膜制造的多材料添加劑制造工藝（A）從CT / MRI數(shù)據(jù)重建受體主動(dòng)脈根部的解剖結(jié)構(gòu)后，設(shè)計(jì)了兩個(gè)心軸支撐，并通過立體光刻法進(jìn)行3D打印。（B）閥形心軸安裝在混合添加劑制造裝置中，由此噴涂柔軟硅樹脂的薄層，產(chǎn)生小葉。（C）剛性加固圖案采用CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)，并使用定制印刷在噴涂的小葉上，建立非平面3D打印機(jī)。（D和E）打印定制的小葉間三角形以實(shí)現(xiàn)患者特定的幾何形狀（D）。聚合的打印部分（Ei）與根形心軸II（Eii）的負(fù)模具結(jié)合，以允許犧牲帽（淺粉紅色）的包覆成型。有機(jī)硅增材制造的Bioinspired心臟瓣膜修復(fù)術(shù) '）