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重大突破!首个3D打印全尺寸人体心脏模型震撼来袭

2021-07-19 10:02     来源:三迪时空聚焦3D打印     3D打印
近日,卡内基·梅隆大学的研究人员发明了一种新型的水凝胶印刷方法,制作了一个供医院器官使用的全尺寸模型,研究人员通过研究实现了第一个3D打印全尺寸人体心脏生物模型,在内外科医生如何进行心脏术以及研究其他疾病方面取得了重大突破。

01经多次研究获第一个3D生物打印全尺寸人体心脏模型

卡内基梅隆大学生物医学工程与材料科学工程学教授亚当·费恩伯格(Adam Feinberg)带领团队,利用定制的自由式悬浮水凝胶可逆嵌入技术(FRESH)开发了这个模型。该学院的研究人员获得了人类心脏的第一个3D生物打印全尺寸人体心脏模型,这个模型是使用专门制造的3D打印机根据MRI数据创建而成,是团队两年来为外科医生准备心脏手术而研发的新成果。

费恩伯格在新闻稿中说:“我们现在可以建立一个模型,不仅可以进行视觉训练,还可以进行实体操作。当外科医生进行心脏手术时,让它像真实的组织一样做出反应,这样的话当医生进入手术室时,医生的工作经验会得到锻炼和提升。

模型模仿了实际人体心脏组织的质地(包括弹性),提供了逼真的画面,外科医生可以在这个画面上锻炼自己的技能。除了进行临床模拟外,这个模型还具有长期潜力,影响器官生物工程的未来研究。

02逼真的心脏模型,使手术医生可以进行切割、缝合以及操作

Feinberg和他的团队开发了一种新型3D打印软聚合物,这种聚合物在历史上一直很难打印,在添加制造过程中缺乏一定的刚性。为了弥补这个缺陷,FRESH 3D打印使用针将生物墨水注入软水凝胶浴中,从而在打印时支撑物体。一旦完成打印,这个过程就会加热使水凝胶融化,仅留下3D打印物体,证实FRESH是一个打印平台,研究人员便可以打印一个完整的人体心脏,同时还专门组件了一台新的3D打印机,专门容纳凝胶支撑浴,大小要和打印比例相适应,除此之外,还要对软件平台进行微调,以保持打印的速度和质量。

Feinberg说:最终的模型由海藻酸盐的柔软天然聚合物组成,这种聚合物使生物打印的心脏具有类似于人体心脏组织的特征,对于外科医生来说,这意味着他们可以用类似于真实心脏的方式切割,缝合和操作模型。

事实上,尽管大型医院已经具备了对人体器官和身体其他部位进行3D打印模型的设施,但通常只能用硬塑料或橡胶制成,无法满足外科医生在模拟手术过程中的体验感。

03继续深造人体心脏模型,力争制造更多器官模型

研究人员在ACS生物材料科学与工程杂志上发表了有关其工作的论文。Feinberg团队的下一步目标是让外科医生和临床医生可以从开发的技术和模型中真实地体验到现实生活中医院的手术场景。

研究人员埃曼·米尔达马迪(Eman Mirdamadi)还希望他们的工作能为未来的生物印刷技术提供信息,利用这种或类似技术制造出具有更多功能的人体器官。他在新闻稿中说:“尽管在生物打印全尺寸人体心脏上仍然存有障碍,但我们很自豪能够使用FRESH平台帮助建立基础工作,同时展示了在现实中进行手术模拟的直接应用。

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