几分钟内制成的心脏瓣膜在植入绵羊体内后，可以立即控制血液流动

　　

研究人员已经开发出一种廉价的方法，可以在几分钟内制造出心脏瓣膜，这些瓣膜在植入绵羊体内后立即发挥作用。科学家称他们的方法为“聚焦旋转喷射纺纱”，他们将其描述为“一个后面有吹风机的棉花糖机器”。虽然需要长期的体内研究来测试瓣膜的耐久性，但它们在绵羊体内有效地控制了一小时的血流量。这个原型出现在6月7日的《Matter》杂志上。

“我们的方法的两大优势是速度和空间保真度，”哈佛大学的生物工程师Michael Peters说，他是这项研究的第一作者之一。“我们可以在纳米尺度上制造非常小的纤维，模仿心脏瓣膜细胞用来在细胞外基质中生存和生长，我们可以在几分钟内旋转完整的瓣膜，而目前可用的技术可能需要几周或几个月的时间来制造。”

肺心脏瓣膜由三个部分重叠的小叶组成，每次心跳时，它们都会打开和关闭。它们负责控制流经心脏的单向血液流动;每次心跳时，它们会完全打开，让血液向前流动，然后完全关闭，防止血液向后流动。

为了制造阀门，研究人员使用空气射流将液体聚合物引导到阀门形状的框架上，从而形成微小纤维的无缝网络。这些瓣膜被设计成是暂时的和可再生的:它们为细胞提供了一个多孔支架，让细胞浸润、建立，并最终在聚合物生物降解时被替换。

通讯作者、哈佛大学的生物工程师Kit Parker说:“细胞在纳米尺度上运作，3D打印无法达到这个水平，但聚焦旋转喷射旋转可以在那里放置纳米尺度的空间线索，这样当细胞爬进支架时，他们就会觉得自己在心脏瓣膜里，而不是在合成支架里。这其中有一定的诡计。”

研究小组使用脉冲复制器(一种模拟心跳的机器)测试了瓣膜的强度、弹性和反复打开和关闭的能力。

Peters说:“一个正常的心脏瓣膜在人的一生中要进行数十亿次循环，所以它们会不断地被拉、拉伸和刺激。它们需要非常有弹性，在这些机械刺激下保持形状，而且它们还必须足够强大，能够承受血液试图向后流动的背压。”

他们还在瓣膜上培养了心脏细胞，以测试其生物相容性，并观察细胞能否很好地渗透到支架中。“瓣膜与血液直接接触，所以我们需要检查这种材料不会造成任何血栓或血管阻塞，”该研究的另一位第一作者、在哈佛大学和苏黎世大学工作的生物物理学家Sarah Motta说。

最后，研究人员在绵羊身上测试了瓣膜的即时功能，绵羊是一个很好的动物模型，有几个原因——绵羊和人类心脏内部的物理力量相似，绵羊的心脏也代表了心脏瓣膜的“极端”环境，因为绵羊的钙代谢加速，这增加了钙沉积的风险，这是心脏瓣膜接受者的常见并发症。

外科医生将瓣膜植入两只羊体内，并在一小时内用超声波监测瓣膜的位置和功能。两个瓣膜都成功植入，并立即发挥作用，但一只羊的瓣膜在几分钟后就脱落了——研究人员认为，这是因为瓣膜的大小不适合动物。在第二只羊身上，瓣膜在一个小时内显示出良好的功能，尸检分析表明，没有出现撕裂或血栓形成的并发症，细胞已经开始渗透并粘附在瓣膜上。

接下来，该团队计划在更长的时间和更多的羊身上测试阀门的性能。Peters说:“我们想看看我们的瓣膜在几周到几个月的时间里功能如何，以及绵羊的细胞和组织对支架的重塑有多有效、多快。”

Parker说:“开发一种能用于人类病人的药物是一个漫长的过程，而且应该是漫长的。在把某些东西植入人体之前，你必须在很多动物身上做实验。”

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