想象未來，醫(yī)療機(jī)構(gòu)可以拍攝患者的CT掃描，快速3D打印血管模型，測(cè)試血液反應(yīng)，甚至利用人工智能提前數(shù)年預(yù)測(cè)中風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)。這正是悉尼大學(xué)一組研究人員提出的未來，他們最近設(shè)計(jì)了一項(xiàng)用于3D打印血管的新技術(shù)。該方法發(fā)表在《高級(jí)材料》期刊上，能夠制造出能近似真實(shí)解剖結(jié)構(gòu)以及血流復(fù)雜流體動(dòng)力學(xué)的血管。其目標(biāo)是提供一個(gè)工具，用于研究中風(fēng)成因，并可能支持針對(duì)患者的治療方法的開發(fā)和測(cè)試。

這并非研究人員首次使用3D打印血管，但該項(xiàng)目的獨(dú)特之處在于手術(shù)速度。研究人員利用中風(fēng)患者的CT掃描制作了微型模型，將原始頸動(dòng)脈三維模型縮小到200至300微米，而全尺寸頸動(dòng)脈則為5至7毫米。然后，他們將這些模型打印在玻片上，制作出健康和病變血管區(qū)域的準(zhǔn)確復(fù)制品。這包括中風(fēng)患者常見的特征，如受損血管壁上的凹陷和凹陷。由于模型極為微型，這些容器可在兩小時(shí)內(nèi)完成印刷，而非十小時(shí)。

“在心臟病發(fā)作和中風(fēng)診斷中，速度和準(zhǔn)確性至關(guān)重要。” 來自工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的博士候選人趙查爾表示。“臨床醫(yī)生通常在癥狀出現(xiàn)后有大約12小時(shí)的決策時(shí)間窗口。”

悉尼的研究人員利用數(shù)字光處理（DLP）3D打印技術(shù)在玻璃基板上制造了這些血管，他們稱之為“患者專用頸動(dòng)脈芯片裝置”。通過使用經(jīng)過處理的玻璃玻片作為打印基材并采用定制機(jī)械夾緊，成功率約為100%。

血管模型揭示的中風(fēng)情況

血管經(jīng)過3D打印后，看起來像玻璃上的精細(xì)雕刻。但在這些精細(xì)結(jié)構(gòu)中，研究人員可以看到精準(zhǔn)的血流模擬，產(chǎn)生類似的流體動(dòng)力學(xué)和自然血流運(yùn)動(dòng)。團(tuán)隊(duì)表示，重現(xiàn)并能夠可視化這些流體動(dòng)力學(xué)是該領(lǐng)域最大的挑戰(zhàn)之一，因此實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)意義重大。

研究人員能夠?qū)崟r(shí)觀察到血栓形成和血小板的行為，血小板是導(dǎo)致中風(fēng)的血液凝固中的關(guān)鍵組成部分。該技術(shù)揭示了血流摩擦血管內(nèi)膜產(chǎn)生的摩擦力極大地影響血小板運(yùn)動(dòng)，而血小板調(diào)節(jié)凝血。這種情況發(fā)生在高血壓和動(dòng)脈粥樣硬化（動(dòng)脈疾病）中。研究人員發(fā)現(xiàn)，在血管承受高壓力區(qū)域，血小板的運(yùn)動(dòng)量是7到10倍。

利用這對(duì)患者血管的“物理孿生”，研究人員未來致力于打造個(gè)性化血管醫(yī)學(xué)。“我們的下一個(gè)前沿是將人工智能與生物制造平臺(tái)整合，打造真正的'數(shù)字孿生'，能夠在中風(fēng)事件發(fā)生前預(yù)測(cè)，從被動(dòng)治療轉(zhuǎn)向主動(dòng)預(yù)防。”MBL博士后數(shù)字科學(xué)家兼運(yùn)營經(jīng)理趙海倫補(bǔ)充道。歸根結(jié)底，這種生物制造方法是患者特定器官芯片技術(shù)的重大進(jìn)展。想了解更多關(guān)于這項(xiàng)研究的信息，請(qǐng)點(diǎn)擊這里閱讀。

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封面照片來源：悉尼大學(xué)