導(dǎo)言：在未來(lái)的幾十年中，世界將面臨人口結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和人口老齡化的挑戰(zhàn)。人口老齡化增加了心血管疾病的患病率，心血管疾病是該年齡組人群的主要死亡原因。其中，非先天性主動(dòng)脈瓣狹窄（AS）是老年人的常見心血管疾病之一。
經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)（TAVR）是一種用于治療主動(dòng)脈瓣狹窄的微創(chuàng)手術(shù)，旨在通過導(dǎo)管輸送系統(tǒng)將生物修復(fù)瓣膜植入患病的天然瓣膜來(lái)治療該疾病。近日，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員在美敦力公司的支持下，開發(fā)了一種突破性的工藝，將心臟主動(dòng)脈瓣和周圍結(jié)構(gòu)的逼真模型進(jìn)行多材質(zhì)3D打印，模擬患者的真實(shí)外觀和感受，有助于改善患者的預(yù)后。
該研究于8月28日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志，題為“3D printed patient-specific aortic root models with internal sensors for minimally invasive applications”。

這些患者特定的器官模型，包括集成到結(jié)構(gòu)中的3D打印軟傳感器陣列，是使用專門的墨水和定制的3D打印工藝制造的。
研究人員3D打印了主動(dòng)脈根部，主動(dòng)脈根部是離心臟最近并與心臟相連的部分，由主動(dòng)脈瓣和冠狀動(dòng)脈開口組成，具有三個(gè)瓣膜，稱為小葉，被纖維環(huán)包圍。該模型還包括左心室肌肉和升主動(dòng)脈的一部分。

患者特定的3D打印主動(dòng)脈根部模型的概念和組件的概述。（A）主動(dòng)脈根部植入TAVR假體的心臟示意圖。AV，房室。（B）具有內(nèi)部集成傳感器陣列的3D打印主動(dòng)脈根模型。圖片來(lái)源：明尼蘇達(dá)大學(xué)，Ghazaleh Haghiashtiani和Kaiyan Qiu。（C）主動(dòng)脈根部模型的不同組分。鈣化區(qū)域顯示為黃色。膜隔的大致區(qū)域用藍(lán)色標(biāo)記指示。
該研究的資深作者，明尼蘇達(dá)大學(xué)的機(jī)械工程教授兼高級(jí)研究員Michael McAlpine表示：“我們使用這些3D打印模型的目標(biāo)是通過提供特定于患者的工具，來(lái)幫助醫(yī)生了解特定患者心臟的確切解剖結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性，從而降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)和并發(fā)癥。醫(yī)師可以在實(shí)際手術(shù)之前測(cè)試并試用瓣膜植入物。這些模型還可以幫助患者更好地了解自己的解剖結(jié)構(gòu)和手術(shù)本身。”
該器官模型經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，可幫助醫(yī)生為經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)（TAVR）做準(zhǔn)備，該手術(shù)將新瓣膜置于患者的主動(dòng)脈瓣內(nèi)。這種手術(shù)用于治療主動(dòng)脈瓣狹窄，這種情況發(fā)生在心臟主動(dòng)脈瓣，阻止了瓣膜完全打開，從而減少或阻斷從心臟流入主動(dòng)脈的血流。主動(dòng)脈瓣狹窄是老年人最常見的心血管疾病之一，在北美影響約270萬(wàn)75歲以上的成年人受到影響。TAVR手術(shù)比心臟直視手術(shù)修復(fù)受損瓣膜的創(chuàng)傷小。
主動(dòng)脈根部模型是通過患者的CT掃描來(lái)匹配確切形狀而制成的。然后，使用明尼蘇達(dá)大學(xué)可見心臟實(shí)驗(yàn)室的研究人員使用專用的有機(jī)硅基墨水對(duì)其進(jìn)行3D打印，這種墨水與真實(shí)心臟組織的感覺相匹配。當(dāng)前市場(chǎng)上的商用打印機(jī)可以3D打印形狀，但使用的墨水通常過于堅(jiān)硬，無(wú)法與真實(shí)心臟組織的柔軟度相匹配。
另一方面，明尼蘇達(dá)大學(xué)的專業(yè)3D打印機(jī)能夠通過打印類似于修補(bǔ)干墻和石膏的散斑膏的墨水來(lái)模擬模型的軟組織成分，以及瓣膜上的硬鈣化。
醫(yī)生可以在手術(shù)過程中使用這些模型來(lái)確定瓣膜裝置的尺寸和位置。模型中3D打印的集成傳感器為醫(yī)生提供了電子壓力反饋，可用于指導(dǎo)和優(yōu)化患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)瓣膜的選擇和定位。
但是McAlpine認(rèn)為這并不是這類3D打印模型的終點(diǎn)。
“隨著我們的3D打印技術(shù)不斷改進(jìn)，并且我們發(fā)現(xiàn)了新的集成電子元件以模擬器官功能的新方法，這些模型本身可以用作人工替代器官，總有一天這些仿生器官會(huì)比它們的同類更好?！?br/>參考：
【1】https://medicalxpress.com/news/2020-08-d-lifelike-heart-valve.html
【2】https://advances.sciencemag.org/content/6/35/eabb4641