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(shù)、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(shù)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(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)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(shù)來修復瓣膜。有了這項新技術(shù)，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

長進心里

盡管3D打印心臟瓣膜技術(shù)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(shù)結(jié)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(zhuǎn)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(shù)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(cè)的橙色設備）

新型3D打印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(shù)的需求。植入后，隨著體溫的作用，裝置將恢復到它的原始形狀。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3D打印植入物。數(shù)月后，原裝置將被完全吸收。

△在用于測試心臟瓣膜原型耐久性的模擬心臟裝置中，可以觀察到這些原型

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。這些系統(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)則的生物工程技術(shù)

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(shù)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(guān)鍵的里程碑。

研究團隊的愿景是首先將這項技術(shù)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(shù)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。