研究人员已经开发出一种3d打印的人工心脏瓣膜，旨在让患者自己的细胞形成新的组织。为了使用先进的分层成型技术熔体电照明来形成这些支架，团队可以结合各种精确和定制的模式来微调支架的机械性能。被创建。他们的长期目标是为儿童制造植入物，使其长成新的组织，从而持续一生。
人体四颗心脏瓣膜使血液流向正确的方向。正确的打开和关闭心脏瓣膜是必不可少的。为了实现这一功能，心脏瓣膜组织是不均匀的。也就是说，心脏瓣膜在同一组织中表现出不同的生物力学特性。
Technische Universität München (TUM)的医学材料和植入物教授佩特拉·梅拉(Petra Mela)和西澳大利亚大学的埃琳娜·德胡安·帕尔多(Elena De-Juan Pardo)教授合作的研究团队首次模拟了这种异质性。结构采用3D打印工艺，称为熔体电写。为此，他们开发了一个平台，可以方便地打印精确的定制图案及其组合。这使我们能够在相同的条件下微调各种机械性能。脚手架。
熔电照明允许您创建准确和定制纤维支架
熔体电写是一种相对较新的分层建模技术。高电压创建非常精细的聚合物纤维的精确模式。聚合物被加热、熔化并作为液体射流从喷头中挤出以形成纤维。
在此过程中施加高压电场，通过加速和牵引聚合物射流向集电极方向，显著减小聚合物射流的直径。这就产生了细纤维，通常直径在5-50微米范围内。此外，电场使聚合物射流稳定。这对于创建精确定义的模式非常重要。
使用计算机控制的移动收集器执行遵循预定义模式的光纤射流“写入”。类似于在滴着蜂蜜的勺子下移动一片面包，移动平台收集沿着特定路径出现的纤维。用户通过编写坐标来指定这条路由。
为了显著减少与在心脏瓣膜中创建复杂结构相关的编程工作，研究人员可以通过从可用模式库中选择，轻松地在支架的不同区域创建不同的模式。我开发了分配的软件。此外，支架长度、直径、厚度等几何规格可通过图形界面轻松调整。
心脏瓣膜支架具有细胞相容性和可生物降解性
该团队使用医用级聚己内酯(PCL)进行细胞兼容、生物降解的3D打印。这个想法是，当PCL心脏瓣膜被植入时，病人自己的细胞在多孔支架上生长，就像第一次细胞培养研究那样。这些细胞可以在PCL支架分解之前形成新的组织。
PCL支架嵌入在一种类似弹性蛋白的材料中，这种材料模仿了真实心脏瓣膜中天然弹性蛋白的特性，并提供比PCL结构孔隙更小的微孔。这样做的目的是为了给细胞留下足够的空间沉淀，同时也为了血液流动而适当地密封瓣膜。
人工瓣膜使用模拟流量循环系统进行测试，模拟生理血压和血流。在检查的条件下，心脏瓣膜可以正常打开和关闭。
纳米颗粒使磁共振成像可视化成为可能
生物医学磁共振教授Franz Schilling和TUM生物分离工程教授Sonja Berensmeier对PCL材料进行了进一步的研究和评估。通过用超顺磁性氧化铁纳米颗粒改变PCL，研究人员可以利用磁共振成像(MRI)对支架进行可视化。该改性材料可打印，与电池兼容。这使得支架在移植过程中可以被监控，这可能会促进技术转化到临床。
“我们的目标是设计一种生物仿生心脏瓣膜，支持患者形成新的功能组织。目前的心脏瓣膜不会随患者生长，因此几年之内要更换多次。由于需要，儿童将特别受益于这种解决办法。相比之下，我们的心脏瓣膜模仿了自然的复杂性。为病人自己设计的心脏瓣膜细胞穿透支架，”彼得梅拉说。
迈向临床的下一步是在动物模型上进行临床前研究。该团队还致力于进一步改进技术和开发新的生物材料。他们目前的研究成果是先进的功能材料。
