美国西北大学定制3D打印生物可降解血管支架

近日，来自美国西北大学的两位科学家Guillermo Ameer和孙成共同合作，使用3D打印技术开发出了能够根据患者身体情况进行定制的可生物降解弹性支架。



“当下绝大多数的支架都是用金属支撑的，只有现成的几种尺寸可供选择。”Ameer说，他是美国西北大学McCormick工程学院的生物工程教授兼Feinberg医学院外科教授。“医生们只能去猜哪种支架的尺寸正好适合保持血管开放，但是我们每个人都是不同的，最终的效果完全依赖于每个医生的经验，所以这不是最佳的解决方案。”

如果支架不合适的话，就有可能会在动脉中移动，干扰血液流动，这有可能最终导致植入失败。在这些情况下，医生就必须以某种方式重新打开阻塞的支架或进行旁路血管移植术，这是一个昂贵和高风险的过程。“通过3D打印具有能够满足患者血管对于精确几何形状和生物特性的要求的支架，我们预计可以最大限度地减少这些并发症的概率。”



为了创建这些定制的支架，Ameer与孙成助理教授合作，使用了一种被称为投影微立体光刻（projection micro-stereo-lithography）的3D打印技术，结合Ameer实验室之前开发的一种聚合物，打印出了支架。据悉，该3D打印技术主要用光来固化液体树脂或聚合物来打印对象。当一种光的图案照射到聚合物上时，它会将其转化成固体，如此逐层操作形成3D对象。

孙成教授的3D打印技术，被称为微连续液相界面制造（microCLIP）。它有几个优点，首先，它的分辨率极高，可以打印出小至7微米的细部特征，这就使它很适合打印血管支架，因为这种支架具有很细的网格尺寸，直径不足3毫米；第二，它能够同时打印多达100个支架，这样就比传统制造方式更快更便宜；第三，它也很快速，4厘米长的支架只需短短几分钟即可完成。



此外，这种支架使用的是Ameer的实验室之前开发的一种基于柠檬酸的聚合物，而非当下常见的金属丝网。由此制造出来的支架是有弹性、可生物降解、并且具有抗氧化作用。另外医生也可以将药物加载到聚合物上，使其在植入点慢慢释放，从而加快血管壁的愈合过程。Ameer教授在以前的研究中已经证明了，这种聚合物可以用来制造血管植入物以抑制血栓的形成。而且，这种支架兼具的高强度和可生物降解功能，使其能够在血管开始扩张的时候充分发挥其机械功能，而在血管重开后的恢复过程中慢慢溶解。

至于当下市场上使用的可生物降解支架，使用的往往是那种类似于缝合手术中使用的塑料。它们的强度并不像金属支架那么高，放置后要完全展开需要更长的时间。为了弥补这一弱点，这种塑料支架往往要比金属支架要厚，Ameer的3D打印支架就没有这些弱点。



下一步，Ameer和孙成教授计划研究他们的生物可降解支架需要多久才能被身体分解和吸收入，而他们的团队还准备探索这种创新支架的设计，以提高它们的长期性能。

这项研究得到了美国心脏协会的支持，其研究结果已经被在线发表在了《Advanced Materials Technologies》杂志上。Ameer实验室里的博士后研究员Robert van Lith和孙成实验室里的研究生Evan Baker是该论文的共同第一作者。