“芯片上的动脉”技术或可破解中风秘密
一种新型3D打印技术仅需两小时即可生成解剖结构精确的血管复制品。该设备目前已帮助研究人员研究导致中风的血栓形成，未来还可用于新药测试，无需依赖动物实验。
悉尼大学团队的最新研究发现，能够模拟血管解剖结构和血流流体动力学的玻璃基3D打印血管，将成为研究中风病因的宝贵工具，目前已取得重要发现。这项发表在《先进材料》期刊上的技术，还可用于测试针对特定健康状况患者的定制化药物。
查尔斯·赵正在检查“芯片上的动脉”。
图片来源：悉尼大学/菲奥娜·沃尔夫
目前心血管疾病是澳大利亚首要死因，约每12分钟就有一人死于心脏病。尽管心血管疾病诊断方法已相当成熟，但尚无预测颈动脉血栓早期事件的方法。
“我们不仅是在打印血管——我们是在为全球数百万中风高危人群打印希望。在持续支持和合作下，我们将使个性化血管医疗惠及每位需要的患者，”工程学院生物医学工程学院博士生查尔斯·赵表示。查尔斯拥有机械工程背景，后受启发转向生物医学工程博士研究，旨在创造更具人文价值的成果。他将流体动力学知识应用于血管血流研究，发挥了关键作用。
该模型可重建健康与病变血管区域的解剖精确复制品，包括精细的血管结构，以及中风患者常见的血管内壁损伤凹痕。
研究人员以中风患者CT扫描图像为蓝本创建微型模型，将原始颈动脉3D模型缩小至200-300微米（成人颈动脉直径为5-7毫米），并将制造时间从10小时缩短至2小时。
传统3D打印模具使用树脂，耗时长且错误率高。研究团队开发的新方法以玻璃载片为基底，远观血管如同玻璃上的精细蚀刻。“在心脏病和中风诊断中，速度和精度至关重要，”机械生物学与生物力学实验室（MBL）首位研究生兼创始成员查尔斯指出，“临床医生在症状出现后通常仅有约12小时的决策窗口。”
实验中涂有纤连蛋白（绿色）的3D打印血管显微视频。其中一条血管可见血栓形成（白色）。
图片来源：悉尼大学/菲奥娜·沃尔夫
“芯片上的动脉”技术成功模拟了血管的物理形态，血流模拟生成了与自然血流相似的流体动力学特性。这是突破性进展，因为该领域最大挑战在于重现血管内血流动力学。此细节至关重要——心脏病高危人群的血液黏度更高，影响其在血管中的流动方式。
“这是澳大利亚首个此类生物工程创举，我们的研究旨在解决心脏病诊断与预防的两大关键缺口，且无需动物实验，”MBL团队博士后首席工程师王志浩博士表示，“我们对血管内部运作及导致血栓的连锁事件仍知之甚少，目前也缺乏可为患者定制的专用测试平台。没有两位患者在生物学上完全相同，血管结构和血液特性差异直接影响其血栓疾病风险和治疗方案。”
测试中，研究人员首次在显微镜下实时观察到血栓形成过程及血小板行为——这是可能引发中风的凝血关键成分。该技术揭示：血流冲击血管内壁产生的摩擦力与作用力，对调节凝血的血小板运动起决定性作用，此现象常见于高血压和动脉粥样硬化患者。在血管承受高应力区域，研究人员发现血小板活动量激增7-10倍。
实验室负责人兼高级作者阿诺德·朱教授表示，他们创建了患者血管的“物理孪生体”——行为与真实血管完全一致的精确微型复制品。“我们的下一个前沿是将人工智能与生物制造平台整合，创建能预测中风事件的真正‘数字孪生体’，实现从被动治疗转向主动预防，”MBL朱实验室博士后数字科学家兼运营经理海伦·赵指出，“试想未来：我们能通过患者CT扫描快速打印血管模型，测试血液反应，并利用AI提前数年预测中风风险。”
王志浩博士正在检查组装完成的3D打印血管设备。
图片来源：悉尼大学/菲奥娜·沃尔夫
朱教授强调，该成果凝聚了悉尼大学生物医学工程学院、查尔斯·珀金斯中心和心脏研究所的卓越协作。“我们由衷感谢雪医学研究基金会及雪家族通过雪研究员项目和国家心脏基金会未来领袖研究员项目的远见卓识支持，这对推进这项变革性研究至关重要。”
“我的雪实验室成员在开发该技术方面展现出非凡创新力，与皇家阿尔弗雷德王子医院和威尔士亲王医院的临床合作伙伴协作，确保我们的研究直指真实患者需求。这印证了工程创新如何变革医疗实践，尤其契合悉尼生物医学加速器（SBA）的未来目标。”
来源：悉尼大学
22.11.2025
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