3D 打印與患者一起生長的再生心臟瓣膜

慕尼黑工業大學(TUM) 和西澳大利亞大學的研究人員正在開發由患者自身細胞製成的 3D 打印人工心臟瓣膜，這些細胞會隨著個體年齡的增長而生長。 

該方法希望克服傳統人工心臟瓣膜的缺點，後者只能使用有限的年數，因此需要多次更換手術。 

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該團隊由西澳大利亞大學的 TUM 教授 Petra Mela 和 Elena De-Juan-Pardo 領導，利用熔融電寫 3D 打印工藝製造了由患者自身細胞組成的多孔支架，這些細胞可以隨著患者的生長而生長。 

熔化電寫3D打印

熔體電寫是一種先進的增材製造技術，能夠沉積預定義的微米纖維，並通過結合施加的電場、溫度和壓力來產生熔融聚合物的帶電射流。 

研究人員使用該技術以預先定義的模式以極高的精度沉積不到人類頭髮厚度十分之一的微纖維，從而使所得的纖維支架具有“出色”的特性。 

與其他纖維形成技術（如傳統靜電紡絲）相比，熔體靜電紡絲具有顯著優勢，因為它能夠製造具有可調機械性能、大孔隙率和圖案的支架，適用於廣泛的應用，包括植入組織工程和疾病建模。

該技術之前已在生物醫學環境中部署，已被麻省理工學院用於培養具有特定特徵的高度均勻的細胞培養物，並被烏得勒支大學醫學中心 (UMC)用於生產可植入受感染的活關節中的3D 生物打印組織。關節炎。

Melt 電寫還為昆士蘭科技大學開發的具有“眼睛和大腦”的 3D 打印機提供動力，該打印機集成了人工智能 (AI) 和機器學習 (ML) 來製造定制的醫療植入物。 

3D打印人工心臟瓣膜

根據世界衛生組織 (WHO) 的數據，心血管疾病是全球死亡的主要原因，瓣膜性心髒病是全球心血管疾病的第三大誘因。 

目前，如果受損的心臟瓣膜無法修復，目前的治療方法包括植入人工瓣膜，理想情況下，該人工瓣膜應該在患者的整個生命週期內都留在體內。然而，這種瓣膜的使用壽命有限，因此患者必須接受多次手術干預才能更換它們。這個問題在年輕的兒科患者中尤為普遍，因為隨著他們的身體成長，他們需要新的瓣膜。 

研究小組對心臟瓣膜組織工程的再生方法試圖通過製造能夠與患者一起生長和重塑的瓣膜來克服當前機械和生物瓣膜假體的局限性。為了實現這一目標，他們需要打印具有足夠孔隙率的支架，以使細胞能夠滲透到結構中並茁壯成長。 

該團隊使用內部熔融電寫 3D 打印機製造心臟瓣膜植入物，模擬個體患者自身主動脈瓣膜的各種組織結構。該團隊的數字平台 3D 打印了複雜的圖案，然後將其與管狀微孔水凝膠支架複合。

由此產生的印刷結構能夠承受心臟瓣膜的苛刻功能，同時保持足夠的多孔性，以允許患者自身的細胞在支架上定殖並增殖。該團隊通過創建一個模擬循環系統並使其承受與天然心臟瓣膜相同的壓力和流速來測試其人工心臟瓣膜的功能。 

據該團隊稱，測試階段的結果令人鼓舞，閥門符合 ISO 標準。雖然結果令人鼓舞，但研究小組承認，這些測試並不能預測瓣膜的長期功能，為此將進行體內研究以評估支架的重塑過程和降解率等因素。

目前，研究人員將他們的 3D 打印心臟瓣膜視為現成的完整心臟瓣膜結構的“開創性概念驗證”，可為其他軟組織工程應用鋪平道路。 

有關該研究的更多信息，請參閱發表在 Advanced Functional Materials 雜誌上的題為“使用熔融電寫進行原位心臟瓣膜組織工程的空間異質管狀支架”的論文。該研究由 N. Saidy、A. Fernandez-Colino、B. Heidari、R. Kent、M. Vernon、O. Bas、S. Mulderrig、A. Lubig、J. Rodriguez-Cabello、B. Doyle 共同撰寫、D. Hutmacher、E. De-Juan-Pardo 和 P. Mela。 

隨著生物打印能力的提高，增材製造過去已被用於類似的與心臟相關的再生醫學應用。 

早在 2020 年，明尼蘇達大學的研究人員就與醫療技術公司美敦力合作開發可定制的 3D 打印患者專用心臟瓣膜模型。這些模型旨在幫助外科醫生更好地為微創外科手術做好準備，以改善心血管患者的預後。

大約在同一時間，卡內基梅隆大學的研究人員開發了他們自己的 3D 生物打印方法，以生產用於外科訓練和規劃應用的全尺寸人體心臟模型。

最近，中國科學院的研究人員使用轉換為 3D 生物打印機的六軸機械臂打印了一顆跳動的心臟，該心臟可以存活 6 個月。據該團隊稱，3D打印的心臟組織可以證明未來生物打印功能性組織和器官的可行方法。