脑动脉瘤影响多达五十分之一的人,当血管壁变薄并膨胀时发生,为潜在的致命破裂埋下隐患。科学家们在实验室中创建了一个3D打印的动脉瘤模型,并对其进行了“手术”:他们插入了一个装置来封堵动脉瘤,防止其破裂。这种模型可以根据个体患者的血管进行定制,让医生尝试不同的治疗方法并找到最佳解决方案。
为了治疗动脉瘤,脑外科医生有时会进行手术,在膨胀的血管上安装金属夹,以防止血液积聚。一种侵入性较小的方法是通过导管将微小的金属线圈插入动脉瘤,诱导血栓形成,从而封堵动脉瘤。大多数治疗设备都在动物身上进行测试,但动物的血管与人类的血管并不完全相似。而以前的实验室培养皿动脉瘤模型无法模拟活体血管的特性。“我们认为也许可以有更好的方法来测试这些[治疗]设备,”林迪·张说,她在德克萨斯农工大学攻读生物医学工程研究生时领导了这项研究。该研究于2020年发表在《生物制造》杂志上。
张和她的同事3D打印了一个动脉瘤结构,该结构包含水基凝胶,并植入了排列在脑血管内壁的人体细胞。研究人员对动脉瘤进行了手术,将铂金线圈注入膨出的血管中。最后,他们用血浆(血液的液体成分)填充血管,然后血浆形成血栓,封堵了膨胀部位。
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劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的生物制造研究工程师威廉·“里克”·海恩斯是这项研究的合著者,也是手术的执行者,他说:“我们正在努力简化动脉瘤的治疗,消除猜测。”“目标是使用这些设备来验证模型,这样人们就可以进行3D扫描,在模拟中重建它,然后尝试添加[血液]流动,并确定他们是否需要治疗动脉瘤或置之不理。”
马萨诸塞大学医学院的生物医学工程师马修·古尼斯在谈到这种新模型时说:“我认为这非常重要。”古尼斯说,其他小组也开发了动脉瘤模型,但这个模型令人兴奋,因为它通过添加活细胞更好地复制了人体血管。古尼斯没有参与这项研究。他说,外科医生可以在对真实患者进行手术之前在这种模型上进行练习:“如果你遇到一个特别棘手的病例,你可以打印出这个病例,基本上你可以在解剖结构中,在接触患者之前进行练习。”