玻璃基底上打印的模拟血管解剖结构和血流流体动力学的3D打印血管，可能是研究中风成因的宝贵工具，悉尼大学研究团队发现该技术已带来重要见解。这项发表在《先进材料》(Advanced Materials)期刊上的技术，还可用于测试针对特定健康状况患者的新型药物。
目前，心血管疾病是澳大利亚的主要死亡原因，大约每12分钟就有一人死于心脏病。尽管心血管疾病已有成熟的诊断方法，但尚无方法能预测导致颈动脉血栓形成的早期事件。
"我们不仅是在打印血管——我们是在为全球数百万面临中风风险的人打印希望。在持续的支持和合作下，我们的目标是让每位需要的患者都能获得个性化血管医学治疗，"工程学院生物医学工程学院的博士生查尔斯·赵(Charles Zhao)表示。
查尔斯的背景是机械工程，但他受到启发攻读生物医学工程博士学位，以创造更具人类影响力的技术。他在流体动力学方面的知识在研究血管血流时非常宝贵。
该模型重建了健康和病变血管区域的解剖学精确复制品。这包括精细的血管解剖结构，以及血管壁受损内衬上的凹痕和坑洼，这是中风患者常见的病理特征。
研究人员使用中风患者的CT扫描作为蓝图来创建微型模型，将原始颈动脉3D模型缩小至200至300微米。完整的颈动脉直径为5至7毫米。研究人员还将制造时间从10小时缩短至2小时。
传统3D打印模具使用树脂，耗时且错误率高。但研究人员开发了一种使用载玻片作为基底的新方法。从远处看，这些血管看起来像是玻璃上的精细雕刻。
实验中涂有纤连蛋白（绿色）的3D打印血管显微视频显示，在其中一个血管中可以看到正在形成的血凝块（白色）。图片来源：悉尼大学
实时观察血凝块形成
"在心肌梗死和中风诊断方面，速度和准确性至关重要，"作为朱力学生物学与生物力学实验室(MBL)的首位研究生和创始成员的查尔斯表示。"临床医生通常在症状发作后约有12小时的决策窗口期。"
"我们对血管内部以及导致血凝块形成的事件级联仍有很多不了解的地方，目前还没有可以为患者量身定制的专属测试平台。没有两个患者在生物学上是完全相同的，每个人的血管结构和血液都存在差异，这影响了他们的血栓疾病风险和治疗选择。"
在测试过程中，研究人员能够实时在显微镜下观察血凝块形成和血小板的行为，血小板是可能导致中风的血液凝固中的关键组成部分。
该技术揭示了血流冲击血管内衬产生的摩擦力和力在调节凝血的血小板运动中起着巨大作用。这发生在高血压和动脉粥样硬化（一种动脉疾病）期间。在血管承受高压力的区域，研究人员发现血小板运动增加了7到10倍。
用于个性化血栓评估的患者特异性颈动脉芯片的微精度3D制造。图片来源：《先进材料》(2025)。DOI: 10.1002/adma.202508890
未来方向：数字孪生与AI整合
"芯片上的动脉"方法成功模拟了血管的物理外观，血流模拟产生了与自然血流相似的流体动力学和运动。这是突出的时刻，因为研究人员表示该领域最大的挑战是重现血管内血液的流体动力学。这一细节至关重要，因为在有心脏病风险的人群中，血液更加粘稠，这会影响其在血管中的流动方式。
"这是澳大利亚首个此类生物工程尝试，我们的工作旨在解决心脏病诊断和预防中的两个关键缺口，且无需动物实验，"MBL小组的博士后总工程师王志浩(Zihao Wang)博士表示。
实验室负责人兼高级作者朱阿诺德(Arnold Ju)教授表示，他们已创建了患者血管的"物理孪生体"，这是一个表现如同真实血管的精确微型复制品。
"我们的下一个前沿是将人工智能与我们的生物制造平台整合，创建真正的'数字孪生体'，可以在中风事件发生前预测它们，从而从反应性治疗转向主动预防，"MBL Ju实验室的博士后数字科学家兼运营经理赵海伦(Helen Zhao)表示。
"想象一下这样一个未来：我们可以获取患者的CT扫描，快速打印他们的血管模型，测试他们的血液反应，并利用AI提前数年预测他们的中风风险。"
更多信息： Yunduo Charles Zhao等人，《快速玻璃基底数字光3D打印实现解剖学精确的中风患者特异性颈动脉芯片用于个性化血栓研究》，《先进材料》(2025)。DOI: 10.1002/adma.202508890
【全文结束】
