玻璃基底上3D打印的血管能够模拟血管解剖结构和血液流体动力学，这项新技术或将成为研究中风病因的宝贵工具。悉尼大学研究团队的最新发现表明，该技术不仅已带来重要科学见解，还可能用于测试针对特定健康状况患者的新型药物。这项成果已发表在《先进材料》期刊上。
目前，心血管疾病是澳大利亚的主要死亡原因，平均每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，但尚无技术能够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中风风险人群打印希望。通过持续的支持与合作，我们致力于让个性化血管医疗惠及每一位需要的患者，"工程学院生物医学工程学院博士生赵查尔斯表示。
赵查尔斯的学术背景是机械工程，但为了创造更具人类影响力的研究成果，他投身生物医学工程博士研究。他将流体动力学知识应用于血管血液流动研究，这一专业背景在研究中发挥了不可估量的作用。
![赵查尔斯正在检查"芯片上的动脉"。图片来源：悉尼大学/菲奥娜·沃尔夫]
该模型能够重建健康与病变血管区域的精确解剖复制品，包括精细的血管结构，以及中风患者常见的血管内壁损伤和凹陷。
研究人员以中风患者的CT扫描数据为蓝图创建微型模型，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。
研究团队还将制造时间从10小时缩短至2小时。
传统3D打印模具使用树脂材料，耗时长且错误率高。但研究人员开发了新方法，以玻璃载片为基底进行打印。
远观之下，这些血管如同玻璃上精细的雕刻图案。
"在心脏病和中风诊断中，速度与准确性至关重要，"作为尤机械生物学与生物力学实验室(MBL)首位研究生及创始成员的赵查尔斯表示，"临床医生通常在症状出现后仅有约12小时的决策窗口期。"
患者血管的"物理孪生体"
![实验中涂有纤维连接蛋白（绿色）的3D打印血管显微视频。其中一根血管可见血栓形成（白色）]
"芯片上的动脉"技术成功模拟了血管的物理形态，血液流动模拟也生成了与自然血流相似的流体动力学和运动特性。
这成为研究中的关键突破点，因为研究人员表示，该领域最大挑战就是重建血管内血液的流体动力学。这一细节至关重要——在心脏病风险人群中，血液更为粘稠，这直接影响其在血管中的流动方式。
"这是澳大利亚首个同类生物工程尝试，我们的工作旨在解决心脏病诊断与预防中的两大关键空白，且无需动物实验，"MBL团队博士后首席工程师王子豪博士表示。
"我们对血管内部运作及导致血栓形成的一系列事件仍有许多不了解之处，目前也没有能够为患者量身定制的专属测试平台。没有两位患者的生物学特征完全相同，每个人在血管结构和血液特性上都存在差异，这些差异影响着他们的血栓疾病风险及治疗选择。"
在测试过程中，研究人员得以在显微镜下实时观察血栓形成过程以及血小板的行为——血小板是可能导致中风的血液凝固过程中的关键成分。
该技术揭示，血流与血管内壁摩擦产生的力对调节凝血的血小板运动起着巨大作用。这种情况常见于高血压和动脉粥样硬化（一种动脉疾病）患者。
在血管承受高应力的区域，研究人员发现血小板活动量增加了7至10倍。
![王子豪博士手持组装完成的3D打印血管设备。图片来源：悉尼大学/菲奥娜·沃尔夫]
实验室负责人兼资深作者阿诺德·尤教授表示，他们已创建出患者血管的"物理孪生体"——一个行为与真实血管完全相同的精确微型复制品。
"我们的下一个前沿是将人工智能与生物制造平台整合，创建真正的'数字孪生'模型，以预测中风事件的发生，从而将被动治疗转变为主动预防，"MBL尤实验室的博士后数字科学家兼运营经理赵海梅表示。
"想象一下这样的未来：我们能够获取患者的CT扫描数据，快速打印其血管模型，测试其血液反应，并利用人工智能提前数年预测其中风风险。"
"我们深深感谢雪医学研究基金会和雪家族通过雪奖学金及国家心脏基金会未来领袖奖学金提供的远见卓识支持，这些支持对推进这项变革性研究至关重要。"
尤教授表示，这项工作是悉尼大学生物医学工程学院、查尔斯·珀金斯中心和心脏研究所卓越协作的成果。
"我的雪实验室成员在开发这项技术方面展现了卓越的创新精神，与皇家阿尔弗雷德王子医院和威尔士王子医院的临床合作伙伴共同确保我们的研究直接解决真实患者需求。这体现了工程创新如何改变医疗交付方式，尤其符合未来悉尼生物医学加速器(SBA)的目标。"
"我们不仅是在打印血管——我们是在为全球数百万中风风险人群打印希望。通过持续的支持与合作，我们致力于让个性化血管医疗惠及每一位需要的患者。"
声明：尤阿诺德（Arnold Ju）是国家心脏基金会未来领袖研究员和雪医学研究基金会研究员。赵查尔斯是国家心脏基金会博士学者、国家卫生与医学研究委员会(NHMRC)博士学者，同时也是BioFabrix Pty Ltd公司董事。王子豪是获得医学研究未来基金(MRFF)支持的博士后工程师。赵海梅是获得雪医学支持的运营经理和博士后数字科学家。
研究人员已申请MRFF及政府和医学基金会的资金支持机会。若取得成功，该项目将招募患者进行临床前试验。
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