3D打印心脏瓣膜唤起了特异性治疗患者的兴趣

来源： 广西增材制造协会

导读：作者及其合作研究人员最近通过3D打印创建人工心脏瓣膜的工作，他们的研究结果在他们最近发表的文章“聚合物心脏瓣膜的未来”，主要在'“有机硅增材制造的Bioinspired心脏瓣膜修复体”中提及。

虽然作者讨论了心脏瓣膜和替代品的不断发展，但他们强调了Studart及其合作研究人员在创建基于有机硅的聚合物心脏瓣膜方面的工作，这可以追溯到20世纪60年代开始的医学趋势。利用3D打印的一些经典优势，医学科学家使用明确更现代的方法制造了具有患者特异性可卷曲聚合物支架的原型。


今天，大多数心脏瓣膜作为假肢是机械的或“假体的”，这是更优选的类型（占美国主动脉瓣置换的80％至90％），通常由异种移植组织瓣膜组成。

（A）天然小叶的生物学设计，显示小叶上的纤维排列。重新绘制来自Sauren.35（B和C）在收缩期（B）松弛弹性蛋白纤维和胶原蛋白聚集以及舒张期（C）期间弹性蛋白纤维和胶原纤维束的拉伸。重新绘制来自Schoenand Levy.36（D-F）合成心脏瓣膜（D），其特征在于（E）生物激发的小叶结构和（F）主动脉根的患者特异性几何形状。标签：（1）胶原纤维; （2）弹性蛋白纤维; （3）主动脉根; （4）硬硅胶纤维; （5）柔软的硅胶小叶。（图片来自' 有机硅添加剂制造的Bioinspired心脏瓣膜修复体 '）

“现在随着经导管主动脉瓣膜置换术（TAVR）的推进，其中主动脉瓣膜通过导管式压接瓣膜通过股动脉途径而不是通过开放性心脏手术进行替换，”现在生物瓣膜占大于研究人员表示，“某些国家90％的假体位于主动脉位置，随着新的TAVR数据和手术的可用性增加，这一比例可能增加。”

在历史上，早期的阀门已经可以用各种材料制成，像硅树脂、聚氨酯和其他聚合物，仅在结构上遇到些问题，会导致钙化或血栓。即使最近在制造假体心脏瓣膜方面取得了巨大进步，制造“耐用、抗血栓的瓣膜”仍是一个很大的挑战，科学家表示这将是最好的基于导管的方法。随着聚合物合成的不断完善，包括对可卷曲阀门的现实承诺，聚合物在阀门制造中变得更加有趣，无论是独立的还是作为支架。


原型是一个“令人印象深刻”的阀门原型，它具有额外的优势，允许患者特定的治疗。这当然不仅仅是一个趋势，因为它消除了从以前的许多问题。能够直接从3D扫描创建模型，或者在其他情况下创建载有来自患者的干细胞的植入物，并发症大大减少，这意味着总体上更好的结果。


虽然“体外”评估是有发展前景的，但它们需要更多的测试，特别是由于之前对聚合物阀门的限制进行了大量研究。

“其他研究小组报告说，聚合物瓣膜达到了体外瓣膜测试的最低标准，  硅胶或更新的聚合物是否会产生最佳的瓣膜材料仍有待观察。在潜在的补充工作中，组织工程瓣膜已经达到成功植入动物的阶段，尽管关于耐久性的严重问题仍然存在，”研究人员总结道。“无论是聚合物瓣膜支架支柱还是瓣膜小叶，这些都可以补充组织工程瓣膜，还有待观察。”


“聚合物和组织工程心脏瓣膜领域一直是一个很有前景的领域。目前生物假体和机械瓣膜的已知局限性激发了对这些替代品的广泛研究，但其背后令人印象深刻的科学仍然处于台式和动物测试的水平。”

Bioinspired合成阀的制造工作流程（A）主动脉根通过CT成像并转换为数字网格。（B）创建两个心轴：一个代表瓣膜的内表面，另一个代表测量的主动脉根。（C）瓣膜实际上定位在患者的主动脉根部解剖结构中，并且小叶的构造与根部几何形状相匹配。（D）瓣膜心轴喷涂软硅油墨以产生实际的小叶。（E）增强纤维和使用直接墨水书写打印小叶三角形。（F）在打印的瓣膜上包覆一个与主动脉几何形状相匹配的临时帽，并在取下盖子之前打印支架状结构

3D打印的植入物和医疗模型以及原型为医疗领域带来了巨大的价值，在很多层面从患者的角度看，有更多选择进行特定治疗和更好的诊断，能够使用模型作为手术计划工具。

用于定制硅胶心脏瓣膜制造的多材料添加剂制造工艺（A）从CT / MRI数据重建受体主动脉根部的解剖结构后，设计了两个心轴支撑，并通过立体光刻法进行3D打印。（B）阀形心轴安装在混合添加剂制造装置中，由此喷涂柔软硅树脂的薄层，产生小叶。（C）刚性加固图案采用CAD（计算机辅助设计）设计，并使用定制印刷在喷涂的小叶上，建立非平面3D打印机。（D和E）打印定制的小叶间三角形以实现患者特定的几何形状（D）。聚合的打印部分（Ei）与根形心轴II（Eii）的负模具结合，以允许牺牲帽（浅粉红色）的包覆成型。有机硅增材制造的Bioinspired心脏瓣膜修复术 '）