3D打印技术在心血管疾病中的应用和进展(2) - 心血管外科杂志(电子版)杂志社投稿

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3D打印技术在心血管疾病中的应用和进展(2)

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2.2 打印植入物目前，3D打印技术在血管内植入物制作方面应用较少，其原因可能为：①血管外科的器械生产可基本满足治疗要求；②3D打印技术目前尚未突破精细化操作的难题；③3D打印技术目前未能解决生物耐受性问题，打印模型存在生理功能、生物活性等方面的缺陷；④与传统支架相比，3D打印支架价格昂贵[15]。虽然3D打印植入物技术目前处于起步阶段，但其在可吸收血管支架领域却存在着巨大的潜力。随着科学技术的发展，从过去不可吸收的金属支架、涂药支架、覆膜支架，到现在已逐渐应用于临床的生物可降解支架等，各种新型支架陆续产生。生物可降解支架（biodegradabl estents，BRS）的研发克服了永久性支架的局限性，并提供了完全的生物吸收和机械灵活性等重要优势[16]。近年来，可吸收金属、多聚合物等作为3D打印的原料制作出BRS，并将其应用于工艺制造、激光切割、材料创新等方面的研究，并采用3D打印技术制造出了可自行调节参数、改变大小的支架。Park等[17]用熔融沉积成型制造出含药物涂层的BRS，并成功用于动物体内。相对于传统金属切割制造工艺，3D打印技术制造支架往往可以在较短的时间内完成并取得更为精确结果。Rabionet等[18]设计出一种新型3D管状打印机，可以利用聚合物快速制造出BRS，其研究结果表明，打印过程可在5分钟内完成，且达到85%的精确度，该技术的设计和应用可能引领BRS制造的未来，从而实现精确化、个体化的疾病治疗。

2.3 打印人工血管目前，3D打印技术在打印人工血管领域尚处于起步阶段。目前所用的打印材料具有生物相容性不足等缺点，因此3D打印材料是影响该技术在打印人工血管领域无法取得广泛应用的最主要原因[19]。如何用3D打印技术构建活体组织结构仍是一项艰巨的任务。外源性物质的植入可能引起机体的诸多不良反应，如影响细胞间的相互作用、扰乱细胞外基质的正常生理功能、与机体产生排异反应等，限制了其在组织工程中的进一步应用。随着科技的发展，3D细胞打印技术逐渐被引入到组织工程领域。3D细胞打印技术的主要特点是使用生物材料水凝胶，该物质可在生理条件下无需使用刺激性化学物质即可进行相变，不会对细胞产生损害，其主要优势是能够通过人工控制，在精确的位置同时沉积活细胞、生长因子和生物支架，以模拟原生组织结构[20]。该技术在维持组织活力和表达组织功能等方面效果明显。Mil l er等[21]开发了一种挤压打印技术，可以将碳水化合物玻璃的三维长丝网分离出来，并将其注入充满细胞的软水凝胶中，形成数毫米至数厘米的组织，随后将碳水化合物玻璃溶解于缓冲液或培养基中，建立可灌注的互联通道网络，并将所形成的互联通道网络植入缺乏血液灌注的肝脏内，在高动脉压的作用下，该灌注通道网络可继续维持肝细胞的代谢功能。3D细胞打印技术的成功应用为3D打印人工血管的制作提供了新的思路。整合从毛细血管到动脉的血管层次结构一直是血管打印领域的一大难题，Lee等[22]结合3D细胞打印技术，提出首先创造更大直径的血管通道（0.5 mm～1 mm），然后通过自然形成过程创建相邻的毛细血管网络的打印方式，该方法为连接毛细血管和大的灌注血管通道提供了一种可行的解决方案。3D细胞打印技术在未来有可能是最有效的组织制造技术[23]，该技术在创造基于人体细胞的组织模型、为再生医学创造全功能组织、用于对疾病模拟和药物开发等方面有着巨大潜力，有助于将再生医学从实验室的发现转化为临床应用。

2.4 用于医患沟通及教学在临床工作中，医患沟通对于医生而言是一项不可避免的医疗活动。良好的医患沟通有助于患者更加清楚地了解病情，积极配合治疗，减少医疗纠纷。伴随着各种影像检查技术的不断更新和发展，临床医生对疾病复杂的解剖结构和细微病变有了更进一步的理解和认识。当今影像检查结果是医生所获取患者的第一手临床资料，但影像学检查在心血管领域仍存在许多缺陷，传统的二维影像检查技术整体性和真实性受到限制，往往造成许多重要空间信息的缺失。CT作为传统的影像检查方法，具有较高的空间分辨率和密度分辨率，但心脏的肌肉组织与结缔组织密度差异在CT平扫条件下不易分辨清楚，难以显示精确的解剖结构。MRI对心脏的显示优于CT平扫，但其检查耗时较长，操作较为复杂，限制条件过多等缺陷导致患者依从性较差。CT/MRI三维重建是将已获得的患者影像学资料利用计算机三维重建技术进行后期处理做成三维模块，再将数据导入电脑，可通过电脑对患者影像学资料进行多角度观察，以获得较为直接的结果与诊断，但该技术的应用较大依赖于影像设备的性能和医师个人的医疗素质，在某些情况下不能全面评估患者的心血管条件。基于影像学的3D打印技术可通过已获得的患者影像资料，经3D打印机直接精确打印出3D模型，更精确地显示出心血管系统的正常解剖结构及细微病变，可为结构性心脏病术前准备提供更全面的信息[24]。同时，3D打印模型不但制作迅速，而且在形态结构上更为直观，使患者或专业知识不足者更易于理解，有助于医患沟通。3D打印同时也可用于教学，据研究调查显示，相比较于传统影像资料和书本教学，3D打印教学组在专业知识、心血管解剖结构考核中成绩更为优秀[25]，因此3D打印技术可用于医学类大学生、实习生、规培生的教学和考核。

文章来源：《心血管外科杂志(电子版)》网址: http://www.xxgwkzz.cn/qikandaodu/2020/1030/479.html