新型可吸收3D打印植入物可幫助患者再生自己的心臟瓣膜

南極熊導讀：心臟瓣膜疾病是一種常見的嚴重健康問題，目前缺乏長期有效的治療方法�，F(xiàn)有的治療方式包括瓣膜置換和修復，但這些方法存在諸多局限性，如需要反復手術、費用高昂、風險大，并且對于兒科患者來說，解決方案非常有限。

△3D打印生物可吸收心臟瓣膜，可促進組織再生，有可能消除重復手術的需要，并為成人和兒童心臟病患者提供變革性解決方案

2025年2月13日，南極熊獲悉，美國佐治亞理工學院的研究人員在生物醫(yī)學工程領域取得了重大突破，成功開發(fā)了一種革命性的3D打印心臟瓣膜。這一創(chuàng)新采用生物可吸收材料，能夠根據(jù)患者獨特的解剖結構進行個性化設計。該瓣膜在植入患者體內(nèi)后，將逐漸被身體吸收，同時促進新組織的生長，最終實現(xiàn)瓣膜功能的自然替代。

這項技術由佐治亞理工學院和埃默里大學的華萊士H.庫爾特生物醫(yī)學工程系教授Lakshmi Prasad Dasi和Scott Hollister領導的實驗室共同研發(fā)。Dasi是心臟瓣膜功能和力學領域的頂尖研究員，而Hollister則是組織工程和兒科醫(yī)療器械3D打印領域的頂尖專家。研究團隊認為，這一創(chuàng)新標志著心臟瓣膜治療領域的一次根本性變革。

Dasi教授強調(diào)：“我們的技術與目前廣泛使用的心臟瓣膜裝置截然不同，它將引領我們進入一個全新的時代，在這個時代中，心臟瓣膜可以在患者體內(nèi)自然再生，從而擺脫了依賴不耐用、不可持續(xù)的動物組織裝置的現(xiàn)狀�！�

Hollister教授補充道：“在兒科領域，最大的挑戰(zhàn)之一是孩子會長大，他們的心臟瓣膜會隨著時間推移而改變大小。因此，孩子在成長過程中必須接受多次手術來修復瓣膜。有了這項新技術，患者可以長出新的瓣膜組織，而不必擔心將來多次更換瓣膜。”

△促進組織再生的生物可吸收心臟瓣膜（黃色）和3D打印心臟模型

可降解3D打印植入物長進心里

盡管3D打印心臟瓣膜技術已存在，且生物可吸收材料在植入物中的應用也非新鮮事，但將這兩種技術結合，創(chuàng)造出一款具有可吸收形狀記憶材料的裝置，這在歷史上尚屬首次。

Dasi實驗室的研究科學家Sanchita Bhat解釋道：“該項目旨在超越心臟瓣膜設計與制造的傳統(tǒng)一刀切模式，轉而開發(fā)一種更為耐用、專為患者定制的植入物。”

研究的初步階段涉及對合適材料的探索以及對不同原型的測試。研究人員的心臟瓣膜是利用一種名為聚（十二烷二酸甘油酯）的生物相容性材料，通過3D打印技術制造而成。

△團隊使用特殊的3D打印機制造由生物相容性材料制成的設備（左側的橙色設備）

此瓣膜具備形狀記憶功能，允許通過導管進行折疊和輸送，從而避免了開胸手術的需求。植入后，隨著體溫的作用，3D打印瓣膜將恢復到它原始形狀。隨后，該材料將向體內(nèi)發(fā)出信號，引導身體生成新組織以替代裝置。數(shù)月后，原裝置將被完全吸收。

△在用于測試心臟瓣膜耐久性的心臟模擬裝置中可以觀察到心臟瓣膜原型

研究人員Joshi表示：“一旦確定了植入物的概念，便需要通過大量的微調(diào)和優(yōu)化來確保設計、材料和制造參數(shù)的正確性。這是一個迭代過程，我們不斷在系統(tǒng)中測試這些方面，以保證瓣膜能夠正常工作�！�

目前，Bhat和Joshi正利用計算模型和臺式研究來測試心臟瓣膜的物理耐久性。Dasi實驗室裝備有一套心臟模擬裝置，它能夠模擬真實心臟的生理條件，以匹配單個患者心臟的壓力和流量情況。另一臺設備則通過在短時間內(nèi)讓瓣膜經(jīng)歷數(shù)百萬次的心跳周期來測試它的機械耐久性。

△研究人員使用心臟模擬裝置測試心臟瓣膜原型。該系統(tǒng)與真實心臟的生理狀況相匹配，可以模擬單個患者心臟的壓力和流量狀況

改變游戲規(guī)則的生物技術

研究人員指出，開發(fā)一種既能滿足心臟瓣膜嚴格功能要求，又能促進新組織生長并最終替代原有功能的材料，是一個巨大的技術挑戰(zhàn)。此外，任何新型醫(yī)療設備從實驗室研究到臨床應用都需跨越漫長且復雜的流程，須滿足一系列關鍵的里程碑。

研究團隊的愿景是首先將這項技術應用于兒科患者，特別是在其它治療方法無效時。他們期望通過進一步的研究和臨床試驗，證明這種制造方法同樣適用于所有患者群體，為心臟瓣膜疾病治療帶來整體變革，并為患者提供更加個性化和持久的治療方案。

研究人員表示，他們希望這項技術能夠徹底革新心臟瓣膜疾病的治療方式，并為組織工程設備的發(fā)展開啟新的篇章。