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3D打印案例

LLNL科学研究工作人员对活物动脉瘤开展生物复印


发布日期:2020-12-05 来源: 凌云3D


在国外,大概每50本人中就有1本人受人的大脑主动脉壁减弱造成的脑动脉瘤的危害,而血管膨出则造成血管瘤,假如裂开,会造成 人的大脑损害,脑中风乃至身亡。

来源于美国杜克大学奥利弗·利弗莫尔国家级实验室(LLNL) 和得克萨斯州A&M的一组科学研究工作人员一直在勤奋改进当今的手术程序流程,并使之更具有目的性。

这种生物学家应用三维生物复印技术性在身体外建立了第一个活物动脉瘤,随后实行了诊疗程序流程,观查它对医治的反映并像真实的人的大脑一样he愈。

该工作组发布了毕业论文对她们在杂志期刊工作中生物生产制造。

“在这儿,大家应用果胶游离脂肪酸凝胶剂开发设计了三维(三维)复印的含有动脉瘤的血管化组织架构,其中血管内壁嵌入了人的大脑微血管内皮细胞(hCMEC)。

hCMECs非常容易在全部血管壁(包含动脉瘤壁)周边主要表现出体细胞粘附,外扩散和结合。除此之外,该 身体之外服务平台可立即根据颗粒图象测速仪开展流量计量,进而可以立即评定血管流动性动力学模型,以与三维测算流体力学实体模型开展较为。”

三维打印

身体之外活物脑动脉瘤。(a)三维打印的动脉瘤生物管式反应器的图例。(b)身体之外动脉瘤血管构造注浆有鲜红色莹光珠,说明在放弃黑墨水撤出后产生了专利权血管。

显而易见,脑动脉瘤不易恢复。一种十分有创性的治疗方法是将金属材料夹固定不动在基座上,以再次正确引导血夜颠沛基座,而且必须外科医师开启头骨并曝露人的大脑。另一种普遍的但入侵性较小的治疗方法称之为血管内金属材料缠绕术,该方式涉及到外科医师将细金属材料软管插进病人腹股的主动脉中,并将其一直馈入全部人体并进到动脉瘤(一件事而言是入侵性的响声! )。

随后,她们将其与支撑架或线圈包裝在一起,这会造成 静脉血栓,而在该静脉血栓上装满血管的表皮将在凝固的堵塞上边生长发育,大部分在动脉瘤周边产生一堵壁,进而使其与其他脉管系统分离。悲剧的是,这二种治疗方法的結果一般因病人而异。

“虽然有很多有发展前途的医治挑选,但一些也有较长的路要走。LLNL技术工程师兼顶尖研究者娜斯塔·莫亚(Monica Moya)说,细胞模型不一定是试着这种挑选的最好方式,由于他们欠缺对治疗效果的立即观查,并且动脉瘤的几何图形样子也控制不了。“有着这一强劲的身体 身体之外测试平台能够协助推动新的治疗方法。如果我们可以应用这种机器设备尽量多地拷贝动脉瘤,大家很有可能会协助将在其中一些商品加快进到临床医学,并从源头上为病人出示更强的医治挑选。”

以前早已应用三维打印来协助外科医师应用实体模型来训炼这种繁杂的程序流程,乃至即时监控脑动脉瘤。可是由LLNL领导干部的科学研究精英团队可以根据应用人大脑神经建立生物复印的血管来在身体之外 拷贝脑动脉瘤。另一位LLNL技术工程师最开始的顶尖研究者William“ Rick” Hynes觉得,用工细胞开展生物复印能够协助医学临床研究工作人员建立和认证更具有预测性,对于病人的生物学有关三维实体模型。

三维打印

LLNL精英团队应用三维打印在身体之外拷贝动脉瘤并对其开展了血管内恢复程序流程,将软管插进血管中,并将白金线圈密不可分地包裝在动脉瘤囊内。她们将血液导入动脉瘤,并观查到线圈所属的地区有血团产生。绿****域表明内皮细胞,红****域表明产生的血团。

Hynes说:“大家科学研究了这个问题,并觉得,如果我们能够将测算实体模型和实验方法融合起來,或许我们可以明确提出一种更具有明确性的方法来医治动脉瘤或挑选最合适病人的治疗方法。如今,我们可以刚开始创建人性化实体模型的架构,普外医生能够应用该实体模型来明确医治动脉瘤的最好方式。”

Hynes和Moya与前LLNL生物学家Duncan Maitland协作,后面一种是得克萨斯州A&M生物医学工程工作组的责任人,另外也是Shape Memory Medical的责任人,该企业已经开发设计用以动脉瘤医治的试验性形状记忆线圈;另一位前LLNL生物学家,新任康涅狄格大学终身教授阿曼达·兰德斯(Amanda Randles)为此项工作中开发设计了用以仿真模拟血液的编码。

该毕业论文的别的作者是Lindy K. Jang(得克萨斯A&M),Javier A. Alvarado(LLNL),Marianna Pepona(斯普利),Elisa M. Wasson(LLNL),Landon D. Nash(Shape Memory Medical)和Jason M奥尔特加(LLNL)

三维打印

颗粒图象限速(PIV)剖析和三维测算流动性模型仿真。(a)(上)动脉瘤园顶后侧的PIV精确测量显示信息,在300 μl min-1的流速下沒有可检验到的总流量。(中)在z=?0.66 mm时,具备同样几何图形样子和流速的三维流动性仿真模拟。(下面的图)以同样的流速用2x目镜捕捉的母女血管内的PIV精确测量值。(b)(图中)PIV精确测量值集聚在动脉瘤圆顶的反面,显示信息出环形的流动性方式,并且以4倍目镜以20 ml min-1的流速捕捉。(下面的图)对同样几何图形样子和流速的模拟仿真,说明液体健身运动仅在高流速下到园顶内产生。(c)从根据共聚焦光学显微镜搜集的图象局部变量搭建的包装印刷活物动脉瘤的高保真音响几何图形复建。

该精英团队为SOLIDWORKS中的动脉瘤服务平台设计方案了生物管式反应器外壁,并应用开源系统Slic3r软件将设计方案变换为G代码。随后应用订制的挤压成型式生物复印机,将壁从SE-1700硅酮上复印到盖玻片上,随后将其干固并在高压反应釜中杀菌。应用放弃性黑墨水复印血管的几何图形样子,并且用根据蛋白的凝胶剂包围着;将其制冷以融解黑墨水,进而留有脉管样子。人的大脑内皮细胞遮盖安全通道,产生动脉瘤和血管。

Hynes根据在囊内插进微软管和密不可分包裝的白金线圈对生物复印的动脉瘤开展了恢复。随后,科学研究工作人员导入血液,并观查在动脉瘤上线圈处的血块产生方式,将其从液体流中断开。LLNL觉得它是“迄今为止初次对人工合成活物机构开展的手术”,八天后,科学研究精英团队亲眼看到了血管内表皮的手术后痊愈全过程。

三维打印

动脉瘤包装印刷血管的表皮化。(a)注浆塑造7天后肌动蛋白上色的内皮细胞的共聚焦图象。(b)在动脉瘤园顶内肌动蛋白上色的表皮(翠绿色)的大特写相片,说明彻底汇聚的单面生长发育。

科学研究工作人员还应用该机器设备展现了Randles流动性动力学方程的实效性,注意到在低流速下血夜非常少进到动脉瘤,而在流速提升时循环系统血液更快,如同人们病人兴奋的时候会产生哪些一样。

LLNL表明,与电子计算机模型融合应用时,该服务平台是在根据心率和血管几何图形样子等要素建立特殊于病人的脑动脉瘤医治层面迈开的一大步,这能够协助加速繁杂手术治疗技术性的解决時间。前去学习培训门诊所。外科医师能够将其作为在手术治疗前挑选最好动脉瘤添充线圈的专用工具。

“大部分,临床医生能够从字面看某人脑扫描仪,并根据三维建模软件对其开展运作,而且此软件能够在医治以前显示信息流体力学。Hynes表述说,它也应当可以仿真模拟该治疗方法,并容许从业人员变小到某类种类的防水卷材或包裝容积,以保证 取得最好結果。

三维打印

在身体之外动脉瘤内布署血管内裸铂线圈(BPC)介入手术。(一)与动脉瘤园顶双线圈布署的图象。(b)在从血管内微软管插进BPC期内开展明场监控的显微照片(第一BPC:3 mm×6 cm,第二BPC:2 mm×3 cm)。(c)在BPC进行和缩回去(2 mm×3 cm)以前和以后(d)的人工合成动脉瘤的较大 投射共聚焦图象层叠,在其中充满了1 μm鲜红色莹光珠,说明在插进全过程中对囊的毁坏沒有。

该服务平台还可用以能够更好地掌握基本生物学和术后恢复,及其提早开展稳定性测试,而不用引诱小动物身患动脉瘤随后开展手术治疗。它能够立即精确测量动脉瘤和血管內部的流体力学,而小动物没法保证这一点。

“它是电子计算机仿真模拟实体模型的理想化服务平台, 由于我们可以开展这种流量计量,而假如在小动物身体开展这种精确测量将十分艰难。令人激动的是,该服务平台效仿了血管顺应性和脑部的机械设备弯曲刚度。它也充足强劲,能够解决放卷程序流程。莫亚说:“您见到血管在扩大并挪动,但它可以承担手术治疗,十分像您在身体那般 。” “这使其特别适合作为外科医师的学习平台或 堵塞机器设备的身体之外检测系统软件。”

三维打印

血液稠状产生对BPC在身体之外活物动脉瘤圆顶内进行的反映。BPC布署并引入牛血液后,详细身体之外动脉瘤的较大 投射共聚焦图象局部变量。根据血液化合物中常含痕量元素莹光标识的鲜红色人血纤蛋白原的累积,能够见到血团的产生。内皮细胞被肌动蛋白莹光上色为翠绿色。显像显示信息动脉瘤囊的血团产生和阻塞,在血管构造的别的位置沒有大的血团产生。

LLNL精英团队表明,这一服务平台在初期环节就显示信息出了期待。她们的下一步是将LLNL测算技术工程师Ortega建立的3D凝血功能实体模型与Randles的三维流体力学实体模型紧密结合,以仿真模拟在三维线圈中怎样产生造成动脉瘤的血团。


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