美國麻省理工學院的科學家將一個生物心臟和一個硅膠機器泵結(jié)合在一起，創(chuàng)造了一個像真心臟一樣跳動的仿生機器心臟，其心臟瓣膜模擬器可以模擬一個健康或患病心臟的結(jié)構(gòu)、功能和運動，從而使得外科醫(yī)生和研究人員在收集實時數(shù)據(jù)的同時演示各種干預措施。相關(guān)研究1月11日發(fā)表在于物質(zhì)科學期刊Device。
目前的心臟模擬器并不能完全捕捉一顆心臟的復雜性，且只有2~4個小時的保質(zhì)期。動物研究既昂貴又耗時，研究結(jié)果不一定適用于人類。新型仿生機器心臟成本更低、保質(zhì)期可長達數(shù)月，可以彌補這些缺陷。
“對于那些研究不同心臟瓣膜狀況和干預措施的人來說，模擬器作為一種研究工具有很大的好處。”論文通訊作者、麻省理工學院的生物醫(yī)學工程師Ellen Roche說，“它可以作為臨床醫(yī)生、醫(yī)學生和實習生的外科培訓平臺，使得設備工程師可以研究他們的新設計，甚至幫助患者更好地了解自己的疾病和潛在的治療方法。”
研究人員把重點放在二尖瓣反流上，這是一種左心室之間的瓣膜不能正常關(guān)閉的疾病，從而導致心臟瓣膜滲漏，血液倒流。這種情況影響了全球約2420萬人，可導致呼吸短促、四肢腫脹和心力衰竭。鑒于瓣膜結(jié)構(gòu)的復雜性，治療這種疾病的手術(shù)非常復雜，因此需要有效的技術(shù)和精確的手術(shù)方法。
為更好地了解健康和患病狀態(tài)下的二尖瓣，研究團隊以豬心臟為基礎構(gòu)建了一個仿生機器心臟。他們用一個硅樹脂制成、由空氣驅(qū)動的軟機器泵系統(tǒng)取代了左心室的心肌。當充氣時，該系統(tǒng)會像真正的心臟肌肉一樣扭曲和擠壓心臟，通過一個模擬循環(huán)系統(tǒng)泵送人造血液，模擬一顆生物心臟的跳動。
當研究團隊破壞仿生機器心臟的二尖瓣時，它表現(xiàn)出了一個泄漏心臟瓣膜的特征。然后，該團隊讓心臟外科醫(yī)生用3種不同的技術(shù)來糾正損傷：用人工索固定連動的瓣膜小葉組織、用人工瓣膜代替瓣膜，以及植入幫助瓣膜小葉關(guān)閉的裝置。
所有3種外科手術(shù)都很成功，使血壓、血流和心臟功能恢復了正常。該系統(tǒng)還使研究團隊能夠在手術(shù)過程中收集實時數(shù)據(jù)，并與目前在診所使用的成像技術(shù)兼容。由于在系統(tǒng)中使用的人造血液是透明的，因此它也是一個直接可視化的過程。這項研究結(jié)果表明，該裝置是一種新的心臟模型，可為心臟手術(shù)訓練和實踐提供更好的平臺。
接下來，該研究團隊的目標是通過縮短生產(chǎn)時間和延長保質(zhì)期來優(yōu)化目前的仿生機器心臟系統(tǒng)。他們還在探索3D打印技術(shù)，旨在為該系統(tǒng)重建一顆人造心臟，而不是使用豬心臟。
“我們的仿生機器心臟可能有助于改善設備的設計周期，允許快速迭代，使產(chǎn)品得到監(jiān)管機構(gòu)的批準，并迅速推向市場。”Roche說，“加快和改進這些過程最終將使患者受益。”
相關(guān)論文信息：
http://doi.org/10.1016/j.device.2023.100217
本文鏈接：仿生機器心臟“出爐”，為疾病治療提供新平臺http://m.lensthegame.com/show-11-2021-0.html
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