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

導讀：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'“有機硅增材制造的Bioinspired心臟瓣膜修復體”中提及,。

雖然作者討論了心臟瓣膜和替代品的不斷發(fā)展，但他們強調(diào)了Studart及其合作研究人員在創(chuàng)建基于有機硅的聚合物心臟瓣膜方面的工作,，這可以追溯到20世紀60年代開始的醫(yī)學趨勢,。利用3D打印的一些經(jīng)典優(yōu)勢，醫(yī)學科學家使用明確更現(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械的或“假體的”，這是更優(yōu)選的類型（占美國主動脈瓣置換的80％至90％）,，通常由異種移植組織瓣膜組成,。

（A）天然小葉的生物學設計,，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）主動脈根的患者特異性幾何形狀,。標簽：（1）膠原纖維; （2）彈性蛋白纖維; （3）主動脈根; （4）硬硅膠纖維; （5）柔軟的硅膠小葉,。（圖片來自' 有機硅添加劑制造的Bioinspired心臟瓣膜修復體 '）

“現(xiàn)在隨著經(jīng)導管主動脈瓣膜置換術(shù)（TAVR）的推進,，其中主動脈瓣膜通過導管式壓接瓣膜通過股動脈途徑而不是通過開放性心臟手術(shù)進行替換,，”現(xiàn)在生物瓣膜占大于研究人員表示,，“某些國家90％的假體位于主動脈位置,，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，會導致鈣化或血栓,。即使最近在制造假體心臟瓣膜方面取得了巨大進步,，制造“耐用、抗血栓的瓣膜”仍是一個很大的挑戰(zhàn),，科學家表示這將是最好的基于導管的方法,。隨著聚合物合成的不斷完善，包括對可卷曲閥門的現(xiàn)實承諾,，聚合物在閥門制造中變得更加有趣,，無論是獨立的還是作為支架。


原型是一個“令人印象深刻”的閥門原型,，它具有額外的優(yōu)勢,，允許患者特定的治療。這當然不僅僅是一個趨勢,，因為它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”評估是有發(fā)展前景的,，但它們需要更多的測試，特別是由于之前對聚合物閥門的限制進行了大量研究,。

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


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

Bioinspired合成閥的制造工作流程（A）主動脈根通過CT成像并轉(zhuǎn)換為數(shù)字網(wǎng)格,。（B）創(chuàng)建兩個心軸：一個代表瓣膜的內(nèi)表面，另一個代表測量的主動脈根,。（C）瓣膜實際上定位在患者的主動脈根部解剖結(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)生實際的小葉,。（E）增強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與主動脈幾何形狀相匹配的臨時帽，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)療領域帶來了巨大的價值,，在很多層面從患者的角度看,，有更多選擇進行特定治療和更好的診斷，能夠使用模型作為手術(shù)計劃工具,。

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)重建受體主動脈根部的解剖結(jié)構(gòu)后,，設計了兩個心軸支撐，并通過立體光刻法進行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（計算機輔助設計）設計,，并使用定制印刷在噴涂的小葉上，建立非平面3D打印機,。（D和E）打印定制的小葉間三角形以實現(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）的負模具結(jié)合，以允許犧牲帽（淺粉紅色）的包覆成型,。有機硅增材制造的Bioinspired心臟瓣膜修復術(shù) '）