基于患者的3D打印的脑动脉瘤模型中壁切应力的遗传相关性

供稿人:朱思尧、王玲

近期，美国华盛顿大学神经外科的研究人员研究了针对患者的三维（3D）打印的脑动脉瘤模型中壁切应力与内皮细胞表达之间的相关性。他们发现建立以人内皮细胞为载体的脑动脉瘤三维模型是可行的。并对流动后的细胞进行分析，表明细胞形态和基因表达都存在差异，与不同的血流动力学应力区域有关。

该研究根据患者的血管造影数据创建3D打印的脑动脉瘤模型，如图1所示。用人内皮细胞填充模型后，将其在流动条件下放置于培养基中24小时。内皮形态显示近端和远端亲代血管和动脉瘤颈中的血流具有一致性，但在动脉瘤穹顶中紊乱。然后从3D打印的模型的不同区域收获内皮细胞，通过定量聚合酶链反应（qPCR）进行内皮细胞遗传分析关键血管因子（VCAM-1，ADAMTS-1，MMP-9，GJA4和NOS3），发现ADAMTS-1和NOS3在动脉瘤圆顶中下调，而GJA4在远端亲代血管中上调。通过计算流体动力学模拟，发现细胞形态的混乱和ADAMTS-1和NOS3表达降低与壁剪切应力和壁剪切应力梯度明显较低的区域相关，如图2所示。

图1. （A）在治疗过程中获得的动脉瘤的三维旋转血管造影照片，可用于创建3D打印的模型和计算流体动力学模拟。（B）基于（A）中血管造影照片的3D打印的患者特定动脉瘤模型。（C）具有开放腔的预制聚二甲基硅氧烷动脉瘤模型，可用于细胞接种和灌注

图2. 患者动脉瘤的特定计算流体动力学模拟（A）速度流线型，（B）壁剪应力（WSS），（C）墙剪应力梯度（WSSG）

该研究创建3D打印的人类动脉内皮细胞填充的脑动脉瘤是可行的，对暴露于生理性脉动流24小时后收集的细胞，进行形态和遗传分析可以量化内皮对血流动力学应激的反应。

参考文献：
Levitt M R , Mandrycky C , Abel A , et al. Genetic correlates of wall shear stress in a patient-specific 3D-printed cerebral aneurysm model[J]. Journal of NeuroInterventional Surgery, 2019.

供稿人:朱思尧、王玲 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室