研究

血管3D打印可以帮助治疗世界上主要的残疾原因

如果没有棚架,藤蔓将朝着太阳的任何方向生长。就像攀缘植物一样,新生血管也需要一个向导。在再生医学研究中,由国家生物医学成像和生物工程研究所(NIBIB)3D打印支架事实证明,这是一种帮助生长小血管的有用工具。

3D打印血管网络正在研究其治疗缺血的潜力,缺血是一种限制血液流向身体各部分的医学状况。

在其最有效的情况下,再生血管治疗能够促进小鼠模型缺血足部70%的血管再生。

全球疾病负担

缺血可发生在心脏、大脑、肠道、四肢和皮肤。如果不治疗,这种情况会杀死组织,并可能导致死亡。根据世界卫生组织最近的全球疾病负担报告,缺血性心脏病是世界上最常见的20种残疾之一。

一种可能的治疗方法是切除受影响的部分,并鼓励身体生长新的、有功能的血管。对于大血管,如动脉和静脉,这是相对简单的。但血管越小,治疗就越困难。

不同的3D打印支架模式(左)和它们植入小鼠时的生长速度。在这个实验中,一只脚(如图左图所示)没有缺血。图像通过自然生物医学工程
不同的3D打印支架模式(左)和它们植入小鼠时的生长速度。在这个实验中,一只脚(如图左图所示)没有缺血。图像通过自然生物医学工程

3D打印引导血管

当血管在手术中被移除时,通过将生长因子应用于组织来生长新的血管。Christopher Chen,哈佛大学生物医学工程教授波士顿大学也是NIBIB研究的主要作者,解释,“我们知道,当生长因子被注入组织时,它们确实会诱导新血管的萌芽,但以一种无序的模式,无法向缺血组织输送氧气,”

“我们的目标是利用工程技术来指导新船的发展,使其成为一个有序的、功能齐全的网络。”

为了指导新血管的生长,Chen等人提出使用3D打印来试验一些支架设计。这些设计是3D打印的,作为一个模具,并使用纤维蛋白凝胶溶液铸造植入体内,然后与内皮细胞图案。

在尝试的4种不同的设计中,一种模式形成的轨迹被证明是最有效的血管再生——在老鼠缺血的足部内5天后,70%的血管再生到了足部。

“无模式”贴片,在设计的通道内不小心放置内皮细胞,在5天后被证明是最无效的。

NIBIB研究中最成功的血管芯片结构设计。图像通过自然生物医学工程
NIBIB研究中最成功的血管芯片结构设计。图像通过自然生物医学工程

对医学的挑战

重建血管结构是现代医学面临的主要挑战之一。缺血性疾病也正在接受治疗这是韩国浦项科技大学的一项研究(POSTECH)。和神经血管研究英国曼彻斯特大学最近成功地使用3D打印技术复制了血脑屏障。

在评论NIBIB项目时,陈说:“虽然我们仍处于项目的早期阶段,但初步结果令我们受到鼓舞。”

NIBIB组织工程项目负责人Rosemarie Hunziker总结道:“这项合作的结果是一个很好的例子,说明工程师如何利用生物学家和医生所知道的关于我们身体如何工作的信息,并利用这些信息创造出实用、创新的医疗方法。”

3d打印血管网络直接治疗缺血性血管生成,在网上发表自然生物医学工程日报》。本文由T. Mirabella、J. W. MacArthur、D. Cheng、C. K. Ozaki、Y. J. Woo、M. T. Yang和C. S. Chen合著。

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特色图片显示了植入研究的“支架”后血管的逐渐再生。通过自然生物医学工程获得图像

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