“芯片上的动脉”：3D打印血管或将揭开中风之谜
时间：2025-11-26 09:16 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
2025年11月25日，来自悉尼大学一个研究团队的最新研究发现，在玻璃上3D打印的血管模型能够模拟血管的解剖结构和血液流动动力学，有望成为研究中风病因的宝贵工具，并已取得重要成果。这种新型3D打印技术仅需两小时即可生成解剖结构精确的血管模型。目前，该设备已帮助研究人员研究导致中风的血栓，并有望用于新药试验，而无需进行动物实验。
这项研究以题为“Rapid Glass-Substrate Digital Light3D Printing Enables Anatomically Accurate Stroke Patient-Specific CarotidArtery-on-Chips for Personalized Thrombosis Investigation”的论文发表在《先进材料》杂志上的技术，为研究中风机制和测试针对特定患者的药物提供了一个新的平台。
心血管疾病目前是澳大利亚的主要死因，平均每 12 分钟就有一人死于心脏病。虽然心血管疾病的诊断方法已经相当成熟，但目前还没有方法可以预测导致颈动脉血栓形成的早期事件。悉尼大学生物医学工程学院的赵博士说道：“我们不仅仅是在打印血管——我们正在为全球数百万面临中风风险的人打印希望。在持续的支持与合作下，我们的目标是让每一位需要的患者都能获得个性化的血管治疗。”。=
△ 赵博士正在检查芯片上的动脉。图片来自悉尼大学
微型高保真模型
研究团队重建了健康和病变血管的解剖学精确模型，包括中风患者常见的凹陷和不规则之处。利用CT扫描，颈动脉模型被缩小至200-300微米，制造时间也从10小时缩短至2小时。与传统的树脂基3D打印不同，研究团队使用玻璃载玻片作为基底，制作出精细如雕刻般的血管复制品。
赵医生说：“在心脏病和中风的诊断方面，速度和准确性至关重要。临床医生通常在症状出现后大约有12个小时的决策时间窗口。”这种“芯片动脉”不仅复制了血管结构，还重现了血液流动动力学。研究人员实时观察了血栓形成和血小板行为，揭示了摩擦力和血管壁受力如何影响凝血。高应力区域的血小板活性高出7-10倍，这一发现对于理解高血压和动脉粥样硬化等疾病的中风风险至关重要。
MBL 研究小组的博士后首席工程师王子豪博士说：“这是澳大利亚首例此类生物工程尝试，旨在解决心脏病诊断和预防方面的关键差距，而无需进行动物试验。”
△王子豪博士手持组装好的3D打印血管装置。图片来自悉尼大学
迈向数字孪生和个性化医疗
研究团队设想，未来可以利用患者的CT扫描数据快速打印个性化的血管模型，测试血液反应，并提前数年预测中风风险。博士后数字科学家赵海伦（Helen Zhao）说道：“我们的下一个前沿领域是将人工智能与我们的生物制造平台相结合，创建真正的‘数字孪生体’，从而在中风发生之前就预测其发生，实现从被动治疗到主动预防的转变。”
血管生物打印技术的进展
血管生物打印技术的最新进展，通过创建个性化的血管网络和确保可靠的血液供应，帮助实验室培育的组织更接近地模拟自然功能。宾夕法尼亚州立大学（PSU）的研究人员开发了一种结合3D生物打印和微穿刺手术的技术，旨在促进受损组织中可控的血管生成。在NIH 300万美元的资助下，由Ibrahim Ozbolat和Dino Ravnic领导的研究团队利用预先设计好血管通道的3D打印生物材料模板，引导新生血管的生长和分支。微穿刺——即在现有血管上打出微小孔洞——刺激了血管沿着打印模板快速萌发。早期动物实验证实了血管的成功形成，凸显了这种方法在重建手术和组织再生方面的应用潜力。
与此同时，西班牙和荷兰的研究团队开发出混合生物墨水，能够以三维生物打印的方式构建动脉模型，复制人体血管的层状结构和部分功能。巴斯克研究与技术联盟（BRTA）旗下的生物磁共振中心（ CIC biomaGUNE ）的研究人员与格罗宁根大学医学中心（UMCG）、巴斯克大学以及MERLN技术启发式再生医学研究所合作，将生物材料和合成材料相结合，制造出能够高度模拟天然动脉壁的多层圆柱形结构。
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