马塞洛·穆尼奥斯（Marcelo Muñoz）在节日小吃摊前排队时，盯着一批正在炸制的油条，突然灵光一现——这个甜美的想法可能会在未来冠状动脉疾病治疗领域掀起一场革命。
作为渥太华心脏研究所生物工程与治疗解决方案实验室（Bio-Engineering and Therapeutic Solutions, BEaTS）的一名药剂师和化学家，穆尼奥兹博士（PhD）与BEaTS实验室主任埃米利奥·阿拉尔孔博士（Emilio Alarcón, PhD）及其团队数周来一直在探索如何利用生物工程材料让心脏搭桥手术更安全、更高效。
“我们一直在思考如何快速且可靠地制造可用于人体内部的血管，”他回忆道。“那台油条机给了我们灵感，指明了可能的方向。”
当面团从机器中挤出并绕着一根中心棒完美地卷成空心圆柱体后，再被放入沸腾的油中炸制成金黄色、裹满肉桂糖的管状美食时，穆尼奥兹观察到了这一过程。
“我当时想，为什么不能用类似的方法来制造血管呢？”他说。
这一油条摊上的顿悟成为了转折点。在接下来的几年里，穆尼奥兹、阿拉尔孔以及BEaTS团队努力将这一过程微型化，并使用生物聚合物进行改造——这些天然或工程化的材料对人体内部使用是安全的。油条是一种油炸面团甜点，通常裹有糖，常搭配巧克力或焦糖蘸酱食用。
同事们亲切地将穆尼奥兹的想法称为“油条项目”，如今它已成为一项大胆新设备的基础设计。该设备旨在直接在人体内制造血管移植物，从而可能消除开胸手术的需求。
他们的概念最近在同行评审期刊《先进材料技术》（Advanced Materials Technologies）上详细发表。
左图：油条以其标志性的脊状管形呈现，成为渥太华心脏研究所BEaTS实验室突破性创新的灵感来源。右图：第一作者德亚尼拉·埃尔南德斯·桑切斯（Deyanira Hernandez Sanchez），渥太华心脏研究所生物化学博士生，用拇指和食指展示这款受油条启发的创新成果。
创新的必要性
每年，加拿大有数千名患者接受冠状动脉搭桥术（CABG）。
标准手术程序是从患者身体其他部位取出一段健康的血管，将其移植到心脏以绕过阻塞的动脉。这就像为封闭的道路开辟一条绕行路线。
但CABG手术并非完美无缺。有时医生很难找到合适的血管可用，而且移植的血管（替代血管）可能会随着时间推移失效。
渥太华心脏研究所微创心脏外科主任马克·吕埃尔博士（Marc Ruel）估计，在他的CABG患者中，约80%至90%拥有理想的血管用于移植。但对于剩下的10%至20%患者——通常是老年人或糖尿病患者——可用的血管质量较差，可能影响手术效果或长期成功率。
在心脏研究所，吕埃尔及其团队每年进行约1000例CABG手术，这意味着100至200名患者可能因血管质量不佳而面临更高的风险。在全国范围内，加拿大每年进行约25000例CABG手术，这意味着2500至5000名患者可能接受次优导管手术——突显了该领域创新的迫切需求。
“这些人试图通过药物或支架来管理病情，”吕埃尔说。“但对于许多人，尤其是糖尿病患者，搭桥手术仍然是最有效的选择。”
CABG的风险不仅限于可用血管的问题。
正如吕埃尔所解释的，传统的CABG手术通常需要通过胸骨切开术打开胸部——即切开胸骨的手术。虽然较新的微创技术试图避免这一步骤，但胸骨切开术仍很常见，并伴随较长的恢复时间和较高的并发症发生率。
微型突破的巨大潜力
他们的创新核心在于一款仅有拇指大小的设备。
正如《小型设备现场生成小直径血管移植物》（Miniaturized Devices for On-the-Spot Generation of Small-Diameter Vascular Grafts）中所述，该设备的喷嘴可以从液态生物聚合物中实时挤出合成血管移植物。
当聚合物通过喷嘴时——想象一下凝胶状物质从胶枪尖端挤出的情景——它会形成一个纤维呈圆形排列的管状结构，非常接近天然血管的结构。
为了将聚合物固化为固体管状，团队使用了一根小型光纤在材料离开喷嘴时照射蓝光。这类似于牙医用特殊光线硬化填充物的过程，但规模更小且更加精确。
在国际访问学生曼努埃尔·卡尔德隆（Manuel Calderon）的带领下，团队还开发了一种可附着在主动脉内壁的“着陆垫”。这种装置可能进一步帮助医生仅通过一个小切口完成CABG手术，这是渥太华心脏研究所在全球范围内的开创性技术。
从小吃摊到手术室
尽管研究仍处于早期阶段，但其意义深远。
穆尼奥兹及其团队设想未来该设备可以通过导管部署，就像经导管主动脉瓣植入术（TAVI）彻底改变了瓣膜置换一样。一旦就位，手术室中的外科医生可以有效地“打印”一条新的血管直接连接到心脏。
目前，这项工作仍处于临床前阶段。团队已在实验室环境中测试了喷嘴，评估了材料的耐用性、与血液的相互作用以及是否支持新生血管生长——结果均令人鼓舞。
当前使用的材料——甲基丙烯酰化明胶（gelatin methacrylate）——因其价格低廉且对光敏感而被选中，非常适合快速原型设计。但这并不是最终解决方案。团队计划转向基于肽的生物材料，这些材料能够促进细胞生长并实现长期整合到人体中。
穆尼奥兹及其BEaTS实验室的同事们相信，通过进一步测试、更好的材料以及适当的支持，他们的设备有一天能够为目前没有手术选择的患者提供一种微创的生命线。
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