4D打印遠程控制展的可降解心臟封堵器

供稿人:邱鎮(zhèn)南、賀健康
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

植入封堵器是臨床治療先天性心臟病的有效方法。然而，目前大多數(shù)臨床使用的封堵器是由不可降解的金屬制成的，這可能會導(dǎo)致諸多并發(fā)癥，如穿孔、過敏和腐蝕等。這項工作中，研究者提出利用4D打印技術(shù)制造可生物降解的個性化形狀記憶封堵器，通過在形狀記憶可降解聚乳酸基質(zhì)中加入Fe3O4磁性粒子，植入后可遠程控制封堵器的展開。

植入的過程如圖1 a所示，首先將雙盤形的支架至于磁場和熱場下彎曲成暫時的直線結(jié)構(gòu)，以通過狹窄的血管植入心臟缺損處。然后遠程施加外部磁場刺激使得封堵器展開恢復(fù)成雙盤形狀固定在缺口處實現(xiàn)封堵。該封堵器使用PLA電紡膜作為封堵器的封堵膜片，使用添加磁性粒子的PLA作為形狀記憶支架，通過改變支架臂的數(shù)量以適應(yīng)不同的力學(xué)強度要求。

圖1 （a）ASD及封堵器植入過程示意圖；（b）3種封堵器設(shè)計圖；（c）4D打印形狀記憶封堵器實物圖

圖2 封堵器在外加磁場下的展開過程（a）體外展開過程（b）體內(nèi)展開過程

經(jīng)過體外培養(yǎng)和體內(nèi)實驗驗證了該封堵器具有良好的細胞相容性和組織相容性，有利于細胞粘附和肉芽組織向封堵器內(nèi)的生長，從而促進快速內(nèi)皮化。此外，通過一系列力學(xué)試驗證明了該個性化形狀記憶封堵器在植入初期和降解過程中具有與心臟缺損理想的配合并提供足夠的力學(xué)支撐封堵缺損，在心臟復(fù)雜力學(xué)環(huán)境下也能保持封堵效果。

該工作以ASD封堵器為例，其他類型的封堵裝置也可以類似的方式設(shè)計和制造。綜上，該項研究工作通過智能材料的使用簡化了封堵器在體內(nèi)的展開過程，同時有望成為帶金屬封堵器的替代品規(guī)避不可降解封堵器在體產(chǎn)生的后遺癥。

參考文獻：
4D‐Printed Biodegradable and Remotely Controllable Shape Memory Occlusion Devices[J]. Advanced Functional Materials, 2019, 29(51).