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用3D打印动脉治疗心脏病

2016-07-19 13:51:31 苏州铭开生物医药技术有限公司 阅读

   生物通报道:2016年2月,美国威克森林浸信医学中心的再生医学科学家们证实,使用一种复杂的、特别定制的三维打印机,能够打印出活体组织结构植入患者,取代受伤或病变组织,这项研究发表《Nature Biotechnology》杂志(3D打印器官移植 不再遥远)。

      最近,澳大利亚墨尔本大学的医生和工程师,根据一种比人头发还薄的相机所拍摄的照片,使用超级计算机来为心脏病患者制备三维模型。研究人员于2月22日在《European Heart Journal》上发表的一篇学术论文中,描述了超级计算机在个性化医学中的潜在应用。

      这些图像是在常规血管造影过程中收集的,然后被输入计算机。在24小时内,就可以3D打印出一个人的动脉模型。这给心脏病专家提供了关于“血液流动行为以及动脉内部精确结构”的关键信息。它也有助于心脏病专家做出关于“插入最好的支架(用于打开收缩或阻塞动脉的装置)”的决定。

      该技术还可以检测到动脉斑块的“热点区域”,这些斑块是在动脉中积累的蜡状物质,可引起心脏病。使用传统的技术,已经很难找到一些这样的斑块。

      在澳大利亚,心脏病仍然是头号杀手,影响在每六个成年人中的一个。每九分钟,就会有一个人遭受心脏病发作。为了缓解这种情况,开发新的技术来预测心脏内积累的斑块,是必不可少的。

      本文资深作者、墨尔本大学副教授Peter Barlis,是一名介入心脏病学家。他指出:“使用我们的超灵敏心脏扫描,结合使用超级计算机模型衍生的模型,我们现在能够打印出病人的动脉段,并希望定制非常适合于他们的装置。”

       “没有两根形状一样的动脉。我们都是不同的,有不同分支和大小的动脉,从较粗逐渐变细。就像沿河岸积累的残骸一样,斑块可以依附在一个人动脉的某些区域。所以这项技术确实给我们提供了这些区域的一副较为清晰的画面。”
“理想情况下,我们希望用模型来为病人预测最佳的支架类型。一旦这个过程被精简,我们就可以有一个病人表格,对动脉进行三维打印和建模,以指导手术程序。”

       确定哪些斑块引起心脏病发作,仍然是心脏病学的的“圣杯”。他表示:“用一个超高分辨率的摄像头,被称为光学相干断层摄影(OCT),来扫描心脏动脉的内部,简化了胆固醇斑块的影像,但目前仍不清楚这些斑块中的哪一些会导致心脏病发作。如果我们能够更准确地识别出这些高风险的斑块,我们就可以在它们发生之前防止心脏病发作。”

       Barlis在2009年将OCT引入澳大利亚,并一直在改进该技术来造福患者自。他说,3D建模对于预测斑块可能在哪里形成,有很大的潜力,最终将帮助医生预测心脏病发作。

       本文共同作者,墨尔本大学研究员Vikas Thondapu博士表示,有关危险的胆固醇斑块的线索,存在于某些血流模式的紊乱。Thondapu博士说:“我们的工作是使用超级计算机来模拟动脉内的血流。我们的目标是利用血液流动模式和干扰,来潜在预测高危斑块的未来发展。”

       Barlis和他的团队现在与工程学院合作两项ARC项目,寻找一种具有生物相容性的聚合物,来3D打印与身体结构精确匹配的心脏支架,从而减少支架塌陷或并发症的风险。他们也非常关注可随着时间推移让支架慢慢瓦解的新聚合物,可以直接把药物传递到斑块的位置。

       除了这项研究提出的新型3D打印策略之外,还有其他研究机构对3D打印进行了创新和改进。例如,2015年11月,美国东北大学的研究人员,开发出一种创新的3D打印技术,利用磁场域将复合材料——塑料和陶瓷的混合结构,塑造成患者特异性的产品。相关研究结果发表在《Nature Communications》(新型3D打印法实现个性化医疗)。同期,来自清华大学和美国爵硕大学的科学家,开发出一种3D打印方法,能够制备出高度一致的、胚胎干细胞的“模块”。相关研究结果发表在2015年十一月的《Biofabrication》杂志(清华千人计划:新型的细胞3D打印法)。我们相信,随着3D打印技术的不断发展和改进,它在生物医学领域的发展将越来越广泛。


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