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3D打印血管

目前心血管疾病的发病率正呈逐年升高的趋势,人们对血管狭窄和缺损修复的需求日益迫切。目前的治疗手段多为采用自体血管进行搭桥手术,但是血管供源严重不足。如果在体外制造出人工血管,能移植到体内替换掉体内病变的血管,这样就能解决这一问题。3D打印的出现为人们解决这一问题提供了一个有效的解决方案。

众所周知,3D打印是一种快速成型技术,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印血管就是根据3D打印的技术和原理,采用生物材料,打印出具有血管结构和功能的产品。

这里有几个关键的要素,首先得有一台生物3D打印机,其次得有适合做成血管的生物材料,最后需要设计符合身体尺寸和结构的血管模型。

1、生物3D打印机

生物3D打印机类似于FDM原理,但打印材料不是硬质的塑料线材而是一种液体,或者熔化的,或者粘稠的,或者凝胶(融合细胞材料)从材料墨盒流出(挤出),并通过三轴机械系统控制的挤出头被输送出去打印在托盘上,成型物体在通过物理或者化学作用得到固化,从而创造一个三维实体。

简而言之,生物打印机与主流3D打印机的不同之处在于,它不是利用一层一层的塑料,而是利用一层一层的生物材料或者细胞构造块,去制造真正的活体组织。

目前的生物3D打印机还主要出现在科学研究的实验室里,正式产品化的还比较少,国外的品牌有瑞士的regenHU,美国的Organovo等,国内最近有报道四川蓝光英诺开发出一款血管生物打印机。

2、血管3D打印材料

目前我们的生物血管有两类一种是组织工程概念里的人工血管,另一种是介入治疗中的血管支架。

前一种材料一般为水凝胶类的材料,水凝胶(Hydrogel)是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基,亲水残基与水分子结合,将水分子连接在网状内部,而疏水残基遇水膨胀的高分子化合物。是一种高分子网络体系,性质柔软,能保持一定的形状,能吸收大量的水。在这种材料,能够支持营养物质和细胞信号分子的流通,能够让血管中的细胞在其表面和内部生长。此外还有高分子材料,如膨体聚四氟乙烯、尼龙、聚氨酯、聚己内酯等,通过静电纺丝的方法可以将其成型为纳米纤维,从而构造类似于细胞外基质的环境,有利于细胞的生长。

后一种材料多为镍钛合金、不锈钢等金属材料,通过选择性激光烧结等3D打印技术成型。经介入手术将支架植入到血管病变处,起到支撑血管导流血液的作用,同时如果支架中再有药物还可起到治疗的作用。

3、血管3D打印模型

血管3D打印的最终目的是将打印的血管产品植入到身体病变的部位,起到修复的作用。而病变的血管在不同部位具有不同的尺寸和结构,所以在打印之前需要建立与人体相适应的血管模型尺寸和结构。目前的建模方法主要通过医学影像技术建立人体病变处血管的尺寸和结构,将获得的三维模型转化为打印机能识别的stl格式文件,导入打印机就能打印复合要求的血管。

目前有科学家研究将体外打印的人工血管加入患者的血管细胞,在体外培养一段时间,使细胞在人工血管中生长成一定的规模,形成一定的结构和功能后,再移植到体内,结果人工血管和体内血管能够很好的融合,这为以后的3D打印血管的研究和发展带来了很好的前景。

 

YuWang 还没写个人简介...

25 Dec 2018, 8:54