用培养皿打印脑动脉瘤

科学家制造并治疗了一个3D打印的血管瘤模型

在3D打印的脑动脉瘤模型中,可以看到人为诱导的血栓(红色气球)。

伊丽莎·沃森 劳伦斯·利弗莫尔实验室

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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。”

坦娅·刘易斯《大众科学》负责健康和医学的高级编辑。她为网站和印刷杂志撰写和编辑关于从新冠病毒到器官移植等主题的文章。她还出现在《大众科学》的播客《科学,快讯》中,并撰写《大众科学》的每周健康与生物学新闻简报。她在《大众科学》工作的八年中担任过多个职位,包括健康编辑、助理新闻编辑和《大众科学·心灵》杂志的副编辑。此前,她曾为Insider、Wired、Science News等媒体撰稿。她拥有布朗大学生物医学工程学位和加州大学圣克鲁兹分校科学传播学位。在 Bluesky 上关注她 @tanyalewis.bsky.social

更多作者:坦娅·刘易斯
大众科学杂志 第324卷 第2期本文最初以“培养皿中的动脉瘤”为标题发表在《大众科学杂志》第324卷第2期(),第14页
doi:10.1038/scientificamerican0221-14
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