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研究人员通过3D打印制造人造血液可治疗心管疾病

       近日,在最近发表的论文“用于药物应用的3D打印制造的人造血管”中,研究人员不仅讨论了心血管疾病为老年人死亡率的首要原因,而且还讨论了通过3D打印制造人造血液的新方法。未来可以改善患者生活质量,减少心脏骤停和感染的血管。

       从历史上看,人造血管(ABV)面临许多挑战,科学研究人员正在积极寻找其他血管支持方法。在这项研究中,研究人员试图用聚合物材料和生物陶瓷纳米粒子通过3D打印,打印出一种新的人造生物复合血管,其中所用的热塑性聚氨酯(TPU)由纳米晶羟基磷灰石(HA)纳米粉末组成。


(使用3D打印A粉末和TPU聚合物的双组分生物纳米复合材料ABV的原理设计和构造)


      对科学家来说这并不是新的实验,文献记载可追溯到1912年,研究人员开始使用金属和玻璃管的组合为需要心脏手术的狗制造人工动脉。也有研究表明,研究人员能够为动脉置换创造聚合物基质,药物治疗一直是治疗心血管疾病(CVD)患者的主要方法,同时还有手术治疗。

      随着研究人员开始制作人造静脉的过程,人们对适当的生物相容性材料给予了很多考虑。主要分三个步骤创建:

      1、牛骨制备纳米晶HA粉末,研磨10小时,然后加热至800-850℃3小时以纯化材料。

      2、TPU聚合物研磨成较小的颗粒,然后与HA粉末浓度混合。

      3、长丝3D打印以制成人造静脉,每个人造静脉的直径为6毫米。


      (ABV采用CAD软件设计; a)多个分支,b)两个分支,和c)使用实体工作软件的单分支)


      研究人员指出,虽然TPU的缺点是耐磨性和不同溶剂中的一些“缺乏透明度”,但有以下优点:

      高强度

      生物相容性

      非粘着

      极性高

      在高能球磨机中,TPU生物聚合物与各种浓度的HA功率(0,2.5,5和7.5 wt%)混合,将混合的复合粉末以特定的加热速率插入挤出机中。然后,用均化的TPU-HA长丝提取所得结果并将其插入3D打印机中。


      a)设计双分支ABV,b)在简化3D软件中设计固体工程软件和ABV模型中的容器的方法,c)SEM图像的顶部和d)由3D打印机构建的SEM图像的横向视图(孔径:50- 100微米)


      在评估机械和生物特性后,研究人员发现聚合物的生物降解性发生了变化并影响了机械性能,ABV能够在人体内“多次”发挥作用,并在高血压和肺静脉运动中存活。

      新的生物技术ABV紧密,灵活,抗凝血,同时它们还具有基于纳米技术的心脏心悸适应系统以及粘合剂内特定微观分子的加载。利用原子和分子水平的分析材料以及纳米技术使这些荆棘能够进入磁芯(干细胞)。当干细胞被吸收时,它们会覆盖茎的整个内表面并成为内皮细胞。研究人员表示,使用这些聚合物材料可以在人类ABV中进行移植,从而有助于为身体组织提供营养。

      研究小组的真正目标是利用冠状动脉和下肢动脉之间的联系来预防心脏骤停和截肢,他们还怀疑ABV可以在感染中提供生物相容性和无毒性,同时提供类似聚氨酯的机械和血液相容性。他们还补充说,在FDM 3D打印中使用变化的“三角形运动”时,与其他高孔隙度运动相比,有可能形成更均匀的容器,从而可以更好地控制ABV壁的孔隙度。

      总体而言,虽然人造静脉的使用存在挑战,但研究人员表示,“血管置换的选择性血管”必须创造替代品-尤其是那些能够容纳静脉较小患者的替代血管。


      (通过在a)酸性溶液中浸泡的3D打印制备的人造生物纳米复合材料的生物测试结果,b)在盐水溶液中的样品固定,和c)SBF溶液21天)


      根据研究结果,分析模型和实验评估的结合可用于模拟动脉血管的微机械行为。值得注意的是,血管的孔隙率显着影响静脉的剪切应力和弹性模量。在这方面,研究结果表明血液流变行为对剪切应力变化的显着影响。本研究的结果证明了阻塞率,孔隙位置和静脉中增强程度对管子弹性模量和孔隙率的影响。此外,样本的生物学行为表明,添加生物陶瓷可以提高管的弹性模量响应。

      心血管疾病发病率为全球第一,全球每年有约1.56亿人,是人类疾病的第一大的杀手。世界各地的研究人员不断致力于创新,聚焦3D生物打印血管研发,以改善患者的生活。

      来源:创想三维 http://www.szcxsw.com/


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