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      跳動的生物機器人心臟可更好模擬瓣膜

      2024-01-10 01:00:00 來源: 科技日報 作者: 張佳欣


      科學家通過用軟機器人泵替換生物心臟左室的心肌來制作生物機器人心臟模擬器。圖片來源:馬尼沙·辛格

      科技日報記者 張佳欣

      美國麻省理工學院的研究人員將生物心臟和硅膠機器人泵結合在一起,創造了一種生物機器人心臟,它可以像真正的心臟一樣跳動。1月10日發表在《設備》雜志上的這一成果可模擬健康或患病心臟的結構、功能和運動,使外科醫生和研究人員能夠在收集實時數據的同時演示各種干預措施。

      目前的心臟模擬器并不能完全模擬心臟的復雜性,保質期只有2—4小時。而且動物研究既昂貴又耗時,且研究結果可能并不適用于人類。生物機器人心臟可以彌補這些遺憾,不僅成本低,保質期也可長達數月。

      此次,研究人員專注于二尖瓣反流。二尖瓣反流的癥狀為左心室之間的瓣膜無法正確關閉,導致心臟瓣膜泄漏,血液可能會倒流。這種疾病影響著全球約2420萬人,可導致呼吸短促、四肢腫脹和心力衰竭。

      為了更好地了解二尖瓣在健康和疾病狀態下的情況,該團隊基于豬心臟構建了生物機器人心臟。研究人員用由空氣驅動的硅膠軟機器人泵系統取代了左心室中的心肌。當充氣時,該系統會像真正的心肌一樣扭曲和擠壓,通過模擬循環系統泵送人造血液并模擬心臟的跳動。

      當研究人員破壞了生物機器人心臟的二尖瓣時,它顯示出心臟瓣膜泄漏的特征。然后,研究人員讓心臟外科醫生使用三種不同的技術來糾正損傷:用人工腱索錨定擺動的瓣膜小葉組織;用人工瓣膜替換損壞的瓣膜;植入幫助瓣膜小葉關閉的裝置。

      這三個手術均取得成功,壓力、流量和心臟功能均恢復正常。該系統還可在手術過程中收集實時數據,并與當前使用的成像技術兼容。由于該系統中使用的人造血液是透明的,因此還可以直接可視化整個過程。

      接下來,該團隊的目標是通過縮短生產時間和進一步延長保質期來優化目前的生物機器人心臟系統。除了使用豬心,他們還在探索用3D打印技術重建一個合成的人類心臟。

      責任編輯: 左常睿
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