為鋼鐵俠打印一顆心臟

李名清

3D打印技術(shù)已打印出各類實體器官和結(jié)構(gòu)器官，此次新突破或能解決人工心臟的現(xiàn)有問題

利用3D打印技術(shù)，打印一顆功能齊全的心臟，是整個3D打印醫(yī)療領(lǐng)域最大的挑戰(zhàn)。近日，波蘭華沙軍事技術(shù)大學(xué)控制系的科學(xué)家們向著這個目標邁進了一大步。該大學(xué)正在研究用增強現(xiàn)實和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來制造出完整的、具有功能的心腔，并且用硅膠和橡膠創(chuàng)造出了模型。

這個人造心臟模型的所有部分，包括血室、氣室、瓣膜都是用3D打印技術(shù)制成的。其中，血室、氣室是直接3D打印的，而瓣膜則是通過3D打印的模具用硅膠制成正確的形狀。

研究人員能夠為這個人工心臟的各個腔室分別提供動力，這也意味著他們能夠不斷對此進行改進，以便獲得更好的結(jié)果。

與傳統(tǒng)的人工心臟類似，他們制造出來的心臟有點像某種管道或者閥門裝置。研究人員使用該模型來驗證科學(xué)假說，并進行了大量實驗性研究，這對未來人工心臟安全性的提高有極大幫助，而且降低了人造心臟的成本。

像心肌病、冠心病、心力衰竭等嚴重的心臟疾病，在常規(guī)藥物、手術(shù)治療無效時，需要進行心臟移植手術(shù)。目前，心臟移植面臨的最大問題是供體不足，器官來源主要靠捐獻。

北京阜外心血管病醫(yī)院副主任醫(yī)師韋丙奇在接受《財經(jīng)》記者采訪時說：“阜外醫(yī)院一年有80多例心臟移植案例，遠遠無法滿足患者需求。”

人工心臟的研制和應(yīng)用，可以極大緩解供體不足的問題，給更多患者帶來維持生命的希望。

人工心臟主要應(yīng)用在心臟功能恢復(fù)的過渡、心臟移植的過渡，以及完全代替心臟功能的永久性治療，可分為暫時性，即部分取代心臟的輔助性人工心臟（VAD）；長期性，即取代整個心臟的全人工心臟（TAH）。

它的工作原理是，利用機械的方法把血液輸送到全身各器官以代替心臟的功能。對人工心臟的研究，已有半個多世紀，研究主要集中在美國和歐洲。早在1953年，美國人工心肺機首次用于心內(nèi)直視手術(shù)獲得成功。

已在臨床上應(yīng)用的TAH主要為：氣動式Cardio West TAH和電動式AbioCor TAH。前者是用聚氨酯做成一對人工心室連接心房、主動脈以及肺動脈，外部連接一個空氣泵，氣流推動血液進出模仿心跳。

AbioCor TAH是2001年美國研發(fā)出第一顆全內(nèi)置TAH。2013年法國研發(fā)出更新品Carmat TAH，被稱為“全球第一顆永久性生物合成人工心臟”。至今，全內(nèi)置人工心臟已經(jīng)是第四代產(chǎn)品，其特點是微型，可放入8歲兒童胸腔；只有一個運動部件，最大程度降低故障風(fēng)險；磁力學(xué)和流體力學(xué)懸浮式離心推進器，最大限度減少機械磨損，持久耐用。

在歐美國家，人工心臟無論作為治療措施，還是心臟移植的過渡支撐，都已取得了長足的進步，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，許多實驗室產(chǎn)品已被商品化。

中國早在1965年研制出第一個心室輔助裝置；2001年，上海同濟大學(xué)附屬東方醫(yī)院使用德國產(chǎn)的“柏林心”，完成了亞洲首例人工臟植入手術(shù)。2005年12月，中德合資的cardio tech人工心臟研究機構(gòu)正式入駐上海南匯醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)基地，中國在競爭激烈的人工心臟研究領(lǐng)域逐漸開始“進入角色”。

但是，由于人工心臟是一種基于多學(xué)科、多種技術(shù)集成的新生事物，其臨床應(yīng)用效果還不能有效控制，尤其是全人工心臟的應(yīng)用效果，還有很長的路要走。韋丙奇分析，“人工心臟畢竟是機器，它容易造成對血紅細胞、血小板磨損，不能像實體心臟那么完美。”

除此之外，人工心臟還有諸多不方便處，如裝上氣動式TAH的患者，需時刻有人陪伴，以防止機器故障；永遠連在電池或電源上，以保持人工心臟持續(xù)工作；服用大量的血液稀釋劑，來保持較低的體溫；忍受人工心臟的噪音等。

全內(nèi)置人工心臟的副作用較小，但因其更為復(fù)雜和精細，研發(fā)產(chǎn)品尚不如氣動式TAH那樣成熟。

3D打印技術(shù)可部分解決人工心臟的現(xiàn)有問題，尤其是對于研制小型化、高功能、少并發(fā)癥的完全植入式人工心臟，它可以更好地解決心臟模型復(fù)雜、精細部分的模擬。未來隨著技術(shù)的成熟，3D打印人工心臟會成為廣大患者的福音，患者可以像鋼鐵俠一樣自由地活動。

除了人工心臟，3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域碩果累累，已經(jīng)輔助科學(xué)家研制出各類實體器官和結(jié)構(gòu)器官，如人工髖關(guān)節(jié)、人工肝臟、可存活的耳朵、血管組織等等，解決了很多患者苦苦等待的組織和器官移植的稀缺問題?？梢哉f，一場由3D生物打印引領(lǐng)的醫(yī)療革命正在發(fā)生。