LLNL研究人员首次通过3D打印活体动脉瘤开发个性化治疗方案
时间：2020-10-28 08:15 来源：中国3D打印网 作者：中国3D打印网 阅读：次
该项目的首席研究员莫妮卡·莫亚（Monica Moya）表示：“拥有这个强大的人体体外测试平台可以帮助促进新的治疗方法。如果我们能够使用这些设备尽可能多地复制动脉瘤，我们可能会帮助将其中一些产品加速进入临床。尽管有很多可行的治疗方案，但仍有很多路要走。”
由LLNL领导的团队认为，他们的3D打印动脉瘤是第一个能够在人体之外生活的动脉瘤。图片来自LLNL。
开发一种新的动脉瘤添加剂治疗
动脉瘤本质上是一种医疗紧急情况，其中人的动脉血管开始在大脑中“膨胀”，从而导致蛛网膜下腔出血（SAH）。这种疾病是由异常遗传的血管遗传弱化引起的，这种遗传弱化影响了部分人，如果这种“气球”破裂，可能导致严重的脑损伤甚至死亡。手术夹钳是动脉瘤的标准治疗方法，在该过程中，将夹钳置于患处周围以使其与主要血流隔离开来，但该过程具有高度的侵入性。在隆起发生在大脑无法触及的区域的情况下，使用铂金线圈进行血管内治疗已成为一种越来越流行的选择。
将这些线圈装进动脉瘤中会形成血凝块，从而阻止进一步的损害，在某些情况下，该过程甚至会导致细胞再生。与传统的外科钳夹方法相比，除了侵入性较小以外，基于线圈的疗法更便宜，恢复时间更短，并发症更少。铂金线圈的成功促使各种科学家尝试对其进行优化，但到目前为止，事实证明，很难预测新装置的结果。先前的研究已经在通用的动脉瘤形状或使用的动物模型上模拟了线圈的性能，但尚未证明这种治疗具有交叉兼容性。Moya解释说：“动物模型不一定是尝试这些选项的最佳方法。他们缺乏对治疗效果的直接观察，并且动脉瘤的几何形状无法控制。”
研究人员的动脉瘤“穹顶”（如图）是利用内皮细胞复制在人脑中发现的那些来创建的。图片来自IOP Science期刊。
LLNL领导的团队的生物3D打印动脉瘤
为了有效地监视盘绕的血管内装置的愈合效果，研究小组建议可以在由人类细胞制成的生物打印模型上进行测试。更重要的是，如果这些动脉瘤的创建与计算机模型相同，那么研究人员相信，与当前相比，可以更准确，更轻松地对其进行验证。“我们认为，如果能够将计算模型与实验方法结合起来，也许我们可以提出一种更具确定性的方法。”负责该项目第的William Hynes说，“现在，我们可以开始建立外科医师可以使用的个性化模型的框架。”
LLNL小组使用一种由Poloxamer 407共聚物制成的牺牲性生物墨水，打印了其附加动脉瘤的血管，并用圆顶状的蛋白质基水凝胶将其包围。打印后，将系统冷却至仅40度，使墨水溶解，并保留团队的血管结构。随后引入人脑细胞以“包被”模型，并培养9天以使血管和动脉瘤均生长。然后，研究人员使用微导管插入技术部署了两个线圈，将设备的尖端放置在动脉瘤的颈部，并使用电解推丝将其激活。该团队使用基于显微镜的方法，能够实时观察该过程，并注意到内皮在测试后不久就开始自愈。将来，研究人员认为，他们的3D打印方法可以与计算建模相结合，以使外科医生可以在对真实患者进行手术之前进行“试运行”。据中国3D打印网了解，令人兴奋的是，该平台模仿了血管顺应性和脑组织的机械刚度，这使其非常适合用作外科医生的培训平台或栓塞设备的体外测试系统。”
通过3D打印增强大脑疾病治疗
大脑是人体中最复杂的器官，治疗脑部疾病仍然具有挑战性，但是近来生物打印技术的进步越来越多地为更有效的治疗方法提供了见识。清华大学的一组研究人员采用3D生物打印的大脑样组织结构，可以培养神经细胞。大脑网络已成功整合到实验老鼠的大脑中，并显示出作为测试药物手段的巨大潜力。
同样，牛津大学和香港中文大学的科学家创造了一种新颖的生物打印方法，使他们能够更好地了解人脑的发育。该小组的新工艺使他们能够以自然和非自然细胞设计将人类皮层细胞3D打印到柔软，生物相容的ECM基质胶中。
在其他地方，首尔国立大学医院和浦项科技大学的研究人员已经对“胶质母细胞瘤单片”设备进行了生物打印，以更好地了解癌细胞。该小组基于细胞的研究使他们能够创建预测模型，以确定某些胶质母细胞瘤药物的有效性。
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