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研究员开发出治疗缺血性心血管疾病的3D打印贴片

导读: 由国家生物医学成像和生物工程研究院(NIBIB)资助的生物学家、工程师和医生组成的跨学科研究小组正在共同开发3D打印解决方案,以解决小血管损伤引起的缺血问题。

缺血性心血管疾病是美国死亡和残疾的头号“杀手”,并在世界其他地区迅速增长。缺血是指缺氧的组织-当心脏疾病导致血管阻塞时,组织会死亡,因为携带氧气的血细胞无法通过。

研究员开发出治疗缺血性心血管疾病的3D打印贴片

当组织和器官的血液循环受损时,会出现许多严重的疾病,如外周动脉疾病、中风,甚至心力衰竭。虽然手术是一种治疗选择,可以消除腿部或心脏中较大血管的阻塞,但不能应用于较小的血管中。但不幸的是,大多数损伤首先发生在导致这些情况的位置。

由国家生物医学成像和生物工程研究院(NIBIB)资助的生物学家、工程师和医生组成的跨学科研究小组正在共同开发3D打印解决方案,以解决小血管损伤引起的缺血问题。

研究员开发出治疗缺血性心血管疾病的3D打印贴片

由波士顿大学生物医学工程教授、生物设计中心主任Christopher Chen领导的团队设计了3D打印贴片,并以各种几何图案播种血管诱导的内皮细胞,其实际上可以产生保护组织的血管网络。

此前,3D虎报道了3D打印心脏贴片的益处,因为该技术在理解心血管健康问题和推进治疗选择方面继续受益。这个团队的研究结果已于6月份对外发表,而NIBIB最近也有另外一个看法。

结果发表在自然生物医学工程杂志上,论文标题为“3D打印血管网络直接生成治疗局部缺血的治疗性血管”,共同作者包括T. Mirabella、J. W. MacArthur、D. Cheng、C. K. Ozaki、Y. J. Woo、M. T. Yang和Chen。

以下大学和机构共同致力于这项可能挽救生命的研究:

波士顿大学生物工程系和生物设计中心

Wyss哈佛大学生物启发工程研究所

宾夕法尼亚大学外科学系

布莱根妇女医院和哈佛医学院的外科

斯坦福大学心胸外科

马萨诸塞州波士顿的Innolign Biomedical

研究员开发出治疗缺血性心血管疾病的3D打印贴片

“这次合作的结果是工程师如何让生物学家和医生知道我们的身体是如何工作,并使用这些信息来创造实用的创新医学治疗的绝佳例子,”NIBIB组织工程项目主任Rosemarie Hunziker博士说。

由于无法通过手术清除小血管中的堵塞物,所以其他可以诱导新血管生长的策略正在开发中。这涉及在血管内皮细胞和生长因子起作用的地方模拟人体的自然修复过程,以诱导新血管以危险的方式生长,这可以理解为世界上最不容易做的事情。

Chen说:“我们知道,当生长因子注射到组织中时,它们会诱导新血管的生产,但是以紊乱的模式无法将氧气输送到缺血组织。我们的目标是利用工程设计将新血管的发展引导到一个有序的功能网络。”

研究员开发出治疗缺血性心血管疾病的3D打印贴片

研究人员设计并制造了3D打印血管贴片(VP),并添加了几种不同的通道模式来指导组织血管的形成。这些通道内衬内皮细胞,诱导新血管生长。

具有不同通道模式的3D打印贴片在背部、左腿缺血的小鼠身上进行了测试。研究人员将这些贴片植入小鼠腿部的一个缺口内,在该缺口中移除了一段股动脉,看看它们是否能够诱导新血管生长并向缺血组织输送氧气。使用激光多普勒成像来检查是否有任何血管正在形成。

研究员开发出治疗缺血性心血管疾病的3D打印贴片

在术后5天,具有直排通道的贴片被证明具有最好的结果,因为它们诱导有组织的血管网络生长并输送氧气至缺血部位。

Chen说:“虽然我们仍处于这个项目的早期阶段,但我们对最初的结果感到鼓舞。”

没有图案的3D打印贴片几乎不会诱导任何血管形成,而栅格图案贴片恢复了缺血部位70%的氧合作用。根据NIBIB的说法,通过确定哪些通道模式可以诱导大部分血管生长,该团队展示了其新技术如何“解决这一重大的公共健康问题”。

Chen领导的研究小组将继续与生物学家和临床医生合作,并试图改进3D打印贴片的设计,以“优化它们的有效性”。

“我无法强调这个项目当前和未来的成功完全取决于工程师、生物学家和临床医生的合作关系。我们都很兴奋,因为有这么多种多样但相互依存的专业知识专注于打破这一重大公共卫生问题。”Chen说。

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