米铱传喜讯:3D打印人工血管研制成功

德国科学家日前利用3D立体打印技术成功研制出了一种人造血管。该项研究成果将有望被用于人体试验和药物测试。

3D打印人工血管

经过多年的不懈探索,这一难题现在已经被德国弗劳霍夫研究所的科学家们攻克。他们运用化合高分子材料结合能够有效抵抗排异反应的生物分子制作出了一种特殊的“印刷墨水”,其印制出来的物质经化学反应后能够形成一种有弹性的固体,方便科学家根据人类血管构造将其雕塑成3D立体人造血管。

实际上,3D立体打印技术的精细度十分惊人。为了制造出相似度最高的人造血管,科学家还运用了双光子聚合技术,利用镭射光刺激人造血管材料分子交联化,之后将成形的血管植入细胞内壁。

随着生物医疗技术的飞速发展,科学家们已经成功制造出了人造肠道和人造气管等小型人体器官。但大型人造器官的制造却频频遭遇瓶颈,其主要原因是缺乏制造毛细血管的相应技术,进而不能给大型人造器官输送必要的养料,也就不能维持其正常存活和运行。

据悉,此项研究成果将有力推动大型人体器官的制造。虽然人造器官移植的梦想还很遥远,不过人体器官制造技术的飞速发展可以给人类医学研究带来更有效、更人道的实验手段,譬如研发新药物时用人造器官取代动物来做实验。

据了解,在心外科手术中使用的人造血管分为大血管和小血管,直径在8mm以上的为大血管,以下的为小血管。根据材料不同,又可分为涤纶人造血管和聚四氯乙烯(PTFE)血管。根据制作方法不同,有针织的、编织的和压膜的。根据用途不同,有用于介入治疗的,也有用于手术的。

熟悉人造血管发展过程的业内人士指出,人造血管难于国产化的真正原因在于,人造血管产品本身成本不高,但前期的研发技术成本投入过大,现在人造血管主要以涤纶为材料,这种材质做衣服可以,用于人造血管就不容易了,编制复杂远超过制衣工艺,既要克服其涂层抗原性,又要保持其具有一定的生物强度,既要有柔韧性,还要有可造作性,易于缝上,不能漏血。

据了解,在美国成人的心脏外科手术中,大血管手术占20%,80%是心脏病手术。美国曾经一年里做出过20万例大血管手术的情况。孙立忠预期说,“以目前的情况看,美国一年约有40万例心脏病手术中就有约8万例属于大血管手术。这就是一个庞大的市场。在中国,目前一年有20万例的心血管手术,大血管手术约5000左右,数量还没有上去。但是,随着经济形势的好转,人们生活水平改善以及人口提前进入老龄化,势必造成大血管手术病人的数量有所增加,形成一定的市场规模将是一种趋势。

小口径人造血管的研制与开发一直是国际上近十年来的热点,但是到目前为止都没有正式的产品诞生,原因在于小口径人造血管的生物相容性和抗凝血的要求远远高于普通的大口径人造血管。而目前全世界每年有近100万的心脏病患者需要接受心脏搭桥手术,现在所用的移植血管依然是取自患者自己的人体血管,而人体自身的血管是很有限的,而且创伤也非常大,现在亟待解决的就是能够生产出符合搭桥要求的小口径人造血管,其市场前景将非常客观。

近年来聚氨酯(PU)材料倍受关注,这种材料与ePTFE相比较具有更优良的生物相容性,有人认为用PU材料制作的人造血管可以解决上述问题,因此它是国外许多学者目前研究的方向。对于PU型小口径人造血管,在我国也有不少的研究报道。

聚氨酯材料的微相分离结构使其具有比其它高分子材料更好的生物相容性(包括血液相容性和组织相容性),这种结构非常类似生物体血管内壁:宏观上是十分光滑的表面,但是从微观上看,却是一个双层脂质的液体基质层,中间嵌有各类糖蛋白和糖脂质。这种宏观光滑、微观多相分离的结构使其血管壁具有优异的抗凝血性能。同时PU又具有优异的耐疲劳性、耐磨性、高弹性和高强度,因此被广泛用于生物医学材料领域,用于制作人工心脏、人工肝、介入导管及高分子控缓释药物等等。

对于人工血管,一个关键指标是不同血压下,血管的膨胀和收缩尺寸,以及管壁厚度是否在规定的范围内。由于人工血管由软性材料构成,无法采用接触式测量方法。于此同时,检测对精度要求也极高,通常要达到微米级水平。检测人工血管膨胀尺寸成为业界公认的难题。

德国米铱公司的光幕千分尺产品ODC2600系列,成功解决了这一测量难题。光幕千分尺分为发射端和接收端两部分。发射端发出激光光幕,光幕被人工血管遮挡后,形成一定尺寸的阴影,在接收端会测量这段阴影的精确尺寸,达到微米级非接触测量,请关注南极熊3d打印网。