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合在一起，創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構、功能和運動，從而使得外科醫生和研究人員在收集實時數據的同時演示各種干預措施。相關研究1月11日發表在于物質科學期刊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個小時的保質期。動物研究既昂貴又耗時，研究結果不一定適用于人類。新型仿生機器心臟成本更低、保質期可長達數月，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學工程師Ellen Roche說，“它可以作為臨床醫生、醫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。鑒于瓣膜結構的復雜性，治療這種疾病的手術非常復雜，因此需要有效的技術和精確的手術方法。
為更好地了解健康和患病狀態下的二尖瓣，研究團隊以豬心臟為基礎構建了一個仿生機器心臟。他們用一個硅樹脂制成、由空氣驅動的軟機器泵系統取代了左心室的心肌。當充氣時，該系統會像真正的心臟肌肉一樣扭曲和擠壓心臟，通過一個模擬循環系統泵送人造血液，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，它表現出了一個泄漏心臟瓣膜的特征。然后，該團隊讓心臟外科醫生用3種不同的技術來糾正損傷：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閉的裝置。
所有3種外科手術都很成功，使血壓、血流和心臟功能恢復了正常。該系統還使研究團隊能夠在手術過程中收集實時數據，并與目前在診所使用的成像技術兼容。由于在系統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。這項研究結果表明，該裝置是一種新的心臟模型，可為心臟手術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時間和延長保質期來優化目前的仿生機器心臟系統。他們還在探索3D打印技術，旨在為該系統重建一顆人造心臟，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，使產品得到監管機構的批準，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.sq15.cn/show-11-2021-0.html
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