再生醫學(20):3D列印血管救助血管疾病兒童

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心腦血管疾病發病率全球第一,每年全球約有100萬人都因為心臟動脈血管堵住,而需要做冠狀動脈旁路移植(Coronary artery bypass surgery,CABG),尤其是血管疾病兒童在成長期間,需要一直需要接受多次手術,更換體內的移植物,所以科學家嘗試製造出一些高彈性以及適合放置到病人血管內的3D材料,並想透過3D血管列表機來幫助這些患者。

兒童血管異常疾病

常見的兒童血管異常有動脈瘤(aneurysms)或腦動靜脈病變(arteriovenous malformations),甚至是因為狹窄的動脈造成腦部血流不足的毛毛樣腦血管病(Moyamoya Disease)。這些血管異常疾病都會造成兒童頭痛、抽搐,甚至乎昏迷等症狀。

為了解決這個問題,工程師 Yi Hong,與位於波士頓東北大學的 Guohao Dai 合作,嘗試製造出一些高彈性以及適合放置到病人血管內的 3D材料。這些材料能夠混合人類細胞,產生一個能夠支撐血管的裝置。

該材料的彈性能夠確保病人在成長的過程,不需要進行多次的入侵性手術。相對於傳統的方法,列印出來的血管能有效減少血栓形成的風險。並避免兒童的生長速度比成人快,在成長期間往往需要接受多次手術,更換體內移植物的風險。

列印出血管的3D生物列表機

3D生物列印的核心技術是一種新型又具有仿生功能的幹細胞培養體系,稱為生物磚(Biosynsphere),內含幹細胞、已分化細胞、生長因子和營養成分組成的「生物墨汁」,並結合其他材料,經過3D printer列印出產品再經培育處理,形成有生理功能的組織結構。

3D生物列印血管機可以列印出血管特有的中空結構和多層不同種類的細胞,但要在列印前要建立CT和核磁共振的3D模型,模型的數據資料庫是從雲端平台的數據擷取的,當選定要列印的血管段時,3D生物印表機就會列印出獨特的且具有生物活性的組織和器官。列印出來的生物血管,外層是人工血管,裡面半透明的物質看起來像果凍,其實是培養好的幹細胞,看起來像果凍。

動物實驗已經證實3D列印血管可放置體內

在四川華西醫院再生醫學研究中心的研究人員,利用和人類基因接近的猴子,將一段3D生物列印血管移植到動脈的內徑是6mm和人體下肢的動脈血管粗細一樣的恆河猴腹部主動脈,並將列印的血管縫合在體內的血管,在經過62天後觀察,利用CT電腦斷層掃描,發現移植的血管和原有的血管結合良好,且兩者都有類似的生長情形,這代表移植非常順利。可以預見將來當3D材料和3D生物列印血管機結合時,救助血管疾病兒童,甚至救助全球因為心臟動脈血管堵住的100萬人。

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文/黃聖筑 圖/許嘉真