每年，在美国，有超过500万人被诊断出患有心脏瓣膜疾病——这是一种没有有效长期治疗方法的病症。当一个人的心脏瓣膜因先天缺陷、生活方式或衰老而严重受损时，血流会受到干扰。如果不进行治疗，可能会导致致命的并发症。目前，瓣膜置换和修复是管理严重瓣膜性心脏病的唯一方法，但两者通常都需要昂贵、具有破坏性且危及生命的重复手术。大多数替换瓣膜由动物组织制成，只能使用10到15年，之后需要再次更换。对于儿科患者来说，解决方案极其有限，可能需要多次干预。
现在，佐治亚理工学院的研究人员创造了一种3D打印的心脏瓣膜，该瓣膜由可生物吸收材料制成，并设计用于适应每位患者的独特解剖结构。一旦植入体内，这些瓣膜将被身体吸收，并由新的组织取代，以执行设备原来的功能。
这项发明来自佐治亚理工学院和埃默里大学华莱士·H·库尔特生物医学工程系（BME）的教师Lakshmi Prasad Dasi和Scott Hollister的实验室。
“这项技术与现有的大多数心脏瓣膜非常不同，我们认为它代表了一种范式的转变，”Dasi说。“我们正在摆脱使用不可持续且寿命有限的动物组织设备，进入一个心脏瓣膜可以在患者体内再生的新时代。”
Dasi是心脏瓣膜功能和力学领域的领先研究员，而Hollister则是组织工程和儿科医疗器械3D打印领域的顶级专家。
“在儿科领域，最大的挑战之一是孩子们的成长，他们的心脏瓣膜会随着时间改变大小，”Hollister说。“因此，孩子们必须经历多次手术来修复他们的瓣膜。有了这项新技术，患者可以潜在地生长出新的瓣膜组织，无需担心未来的多次瓣膜更换。”
研究科学家Sanchita Bhat和博士生Srujana Joshi参与了该项目。虽然3D打印心脏瓣膜已经存在，且之前也使用过可生物吸收材料进行植入物制造，但这还是首次将这两种技术结合在一起，创造出一种具有可吸收形状记忆材料的装置。
“从一开始，这个项目的愿景就是摆脱一刀切的设计和制造方法，转向一种可以超越现有设备使用寿命的个性化植入物，”Bhat说，她最初作为博士生参与了这个项目。
该团队的心脏瓣膜是用一种名为聚（甘油十二烷二酸酯）的生物相容性材料3D打印而成。瓣膜具有形状记忆特性，可以折叠并通过导管输送，而不是通过开胸手术。一旦植入并达到体温，该装置将恢复其原始形状。然后，材料将向身体发出信号，生成自己的新组织来替代设备。原始设备将在几个月内完全被吸收。
博士四年级学生Srujana Joshi在测试和分析心脏瓣膜的设计和性能方面发挥了重要作用。“一旦有了植入物的想法，就需要经过大量的微调和优化，以找到合适的设计、材料和制造参数，”Joshi说。“这是一个迭代过程，我们在系统中测试这些方面，以确保瓣膜能够发挥应有的作用。”
Bhat和Joshi目前正在通过计算模型和台式研究测试心脏瓣膜的物理耐久性。Dasi的实验室有一个模拟真实心脏生理条件的心脏模拟装置，可以模拟个体患者心脏的压力和流动条件。另一台机器则通过短时间内数百万次的心跳循环测试瓣膜的机械耐久性。
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