跳動(dòng)的生物機(jī)器人心臟可更好模擬瓣膜
科技日?qǐng)?bào)訊 （記者張佳欣）美國麻省理工學(xué)院的研究人員將生物心臟和硅膠機(jī)器人泵結(jié)合在一起，創(chuàng)造了一種生物機(jī)器人心臟，它可以像真正的心臟一樣跳動(dòng)。1月10日發(fā)表在《設(shè)備》雜志上的這一成果可模擬健康或患病心臟的結(jié)構(gòu)、功能和運(yùn)動(dòng)，使外科醫(yī)生和研究人員能夠在收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同時(shí)演示各種干預(yù)措施。
目前的心臟模擬器并不能完全模擬心臟的復(fù)雜性，保質(zhì)期只有2—4小時(shí)。而且動(dòng)物研究既昂貴又耗時(shí)，且研究結(jié)果可能并不適用于人類。生物機(jī)器人心臟可以彌補(bǔ)這些遺憾，不僅成本低，保質(zhì)期也可長達(dá)數(shù)月。
此次，研究人員專注于二尖瓣反流。二尖瓣反流的癥狀為左心室之間的瓣膜無法正確關(guān)閉，導(dǎo)致心臟瓣膜泄漏，血液可能會(huì)倒流。這種疾病影響著全球約2420萬人，可導(dǎo)致呼吸短促、四肢腫脹和心力衰竭。
為了更好地了解二尖瓣在健康和疾病狀態(tài)下的情況，該團(tuán)隊(duì)基于豬心臟構(gòu)建了生物機(jī)器人心臟。研究人員用由空氣驅(qū)動(dòng)的硅膠軟機(jī)器人泵系統(tǒng)取代了左心室中的心肌。當(dāng)充氣時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)像真正的心肌一樣扭曲和擠壓，通過模擬循環(huán)系統(tǒng)泵送人造血液并模擬心臟的跳動(dòng)。
當(dāng)研究人員破壞了生物機(jī)器人心臟的二尖瓣時(shí)，它顯示出心臟瓣膜泄漏的特征。然后，研究人員讓心臟外科醫(yī)生使用三種不同的技術(shù)來糾正損傷：用人工腱索錨定擺動(dòng)的瓣膜小葉組織；用人工瓣膜替換損壞的瓣膜；植入幫助瓣膜小葉關(guān)閉的裝置。
這三個(gè)手術(shù)均取得成功，壓力、流量和心臟功能均恢復(fù)正常。該系統(tǒng)還可在手術(shù)過程中收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并與當(dāng)前使用的成像技術(shù)兼容。由于該系統(tǒng)中使用的人造血液是透明的，因此還可以直接可視化整個(gè)過程。
接下來，該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是通過縮短生產(chǎn)時(shí)間和進(jìn)一步延長保質(zhì)期來優(yōu)化目前的生物機(jī)器人心臟系統(tǒng)。除了使用豬心，他們還在探索用3D打印技術(shù)重建一個(gè)合成的人類心臟。
