定制打印3D人工心脏瓣膜,更贴合更容易更便宜,未来福音

时间:2019-10-09 来源: 南宁新闻

简介:一项新研究表明,使用3D打印技术定制的人造心脏瓣膜将有助于满足人口老龄化对替换心脏瓣膜不断增长的需求。

众所周知,人的心脏有四个腔室,每个腔室都有一个阀门,以确保血液仅沿一个方向流动。如果任何心脏瓣膜泄漏,狭窄或肿胀(甚至破裂),血液将回流到心房或心室,对整个心脏造成严重的压力。在最坏的情况下,这可能导致心律不齐,甚至心力衰竭。

人工心脏瓣膜可以根据瓣膜缺陷的严重程度解决此问题。在未来的几十年中,随着人口老龄化,缺乏体育锻炼和不良的饮食习惯,这种手术的需求在世界许多地方可能会急剧增加。据估计,到2050年,将有约85万人需要人造心脏瓣膜。研究人员一直在寻找替代目前使用的心脏瓣膜的方法。

心脏外科医生传统上使用的植入瓣膜由硬质聚合物或动物组织(来自牛或猪)与金属框架组成。为了防止人体排斥这些植入物,患者必须终生服用免疫抑制剂或抗凝剂,并且这些药物具有明显的不良副作用。

与传统的心脏瓣膜不同,硅胶心脏瓣膜可以更精确地为患者量身定制。研究人员可以首先使用计算机断层扫描或磁共振成像来确定泄漏的心脏瓣膜的形状和大小。这样就可以打印出完全适合患者心脏的心脏瓣膜。

研究人员使用这些图像创建了一个数字模型,并通过计算机模拟预先计算了作用在植入物上的力及其潜在的变形。所使用的材料还与人体兼容,并且流经人工心脏瓣膜的血流与常规置换瓣膜一样好。

此外,常规的置换瓣膜具有非常紧密的几何形状,这使得外科医生难以确保新瓣膜与心脏组织之间的紧密密封。因为每个患者的主动脉形状都不同。最重要的是,制造人造心脏瓣膜既昂贵又费时。

新的硅胶心脏瓣膜解决了这个问题。研究人员可以使用3D打印机在一个半小时内制作出这种阀门。相比之下,用母牛的材料人工制作人工心脏瓣膜需要花费几个工作日。 3D打印机的生产速度也更快:例如,一组打印机每天可以生产数十个甚至数百个阀门。

科学家首先在阀门上留下了负面印象,然后将有机硅墨水喷到该印象上,形成了三叉冠状结构,从而形成了阀门的薄片。

接下来,挤压式打印机在其表面沉积硬硅酮糊剂,以打印特定图案的细线。它们与天然心脏瓣膜上的胶原纤维相对应,而硅胶线则可以增强瓣盖,延长了瓣膜的使用寿命。研究人员使用相同的方法来打印附着在心脏瓣膜上的血管的根部,最后用网状支架覆盖,这是将替换硅胶瓣膜连接到患者心血管系统所必需的。

初步测试表明,这种新型阀门的性能是理想的。材料科学家的目标是将替换阀的寿命延长到10-15年。这是这种类型的模型在需要更换患者之前的当前持续时间。

但是,这种新型的人工心脏瓣膜至少要花费10年才能投入临床使用,因为它们必须首先经过全面的临床试验。

科学家们正在继续尝试可以延长心脏瓣膜寿命的新材料。如果有一天,您可以制作一个可以终身使用的心脏瓣膜,甚至可以与患者一起成长,这样也可以将它们移植到年轻人身上,那就太令人惊奇了。

该研究发表在Journal0x9A8B上。

参考文献:

1.定制的3D打印心脏瓣膜非常适合

2.有机硅增材制造的生物启发式心脏瓣膜假体

3.百度百科

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