基于3D打印和微流控技术的体外支架植入手术研究获进展

       医学上采用的心脏支架植入手术已经成为治疗心血管疾病的重要手段之一。然而术后一年左右，病人的支架植入部位会发生再狭窄病变现象(图1)，尤其当支架植入位置不当时，再狭窄病变演化将加速，这已成为冠状动脉疾病治疗的一大难题。以往研究往往采用简单的壁面光滑“Y”型流道进行数值模拟，计算支架放入后动脉分岔区域壁面剪切应力(wall shear stress, WSS)的影响。这类简单模拟结果无法为实际临床病例提供可靠信息。

       为了针对真实病例解决这一问题，中国科学院物理研究所生物物理实验室联合中国科学院力学研究所LNM室微流动课题组、安贞医院心脏病科及中国科学技术大学开展了临床-实验-模拟相结合的合作研究（图2）。首先由医院提供实际临床病例，采用血管造影术扫描病变部位。然后引入3D打印及微流控技术，将真实血管病变部位模型“复制”加工到三维微流控芯片上。力学所LNM实验室微流动课题组承担了微流控芯片制作及流场测试工作，通过MicroPIV和共聚焦实验系统，测量了实际病变部位附近的流场并计算了壁面剪切应力，给出了临界壁面剪切应力约为0.4-0.5Pa，发现堵塞会发生在壁面剪切应力小于临界值的部位，为临床诊断提供了参考数据。

       该研究首次提供了一种复制真实病例进行体外支架植入手术的实验室研究方法，为今后与临床病例紧密结合，提供优化的支架植入位置，以减小支架植入后再堵塞风险的体外实验做了初步探索。相关结果发表在Scientific reports上（Vol.5:10945, May 2015），力学所郑旭为共同第一作者，李战华为共同通讯作者。该研究得到了国家“973”项目、国家自然科学基金(及北京市自然科学基金的支持。

图1. 动脉堵塞示意图，(a)放入支架前；(b)放入支架；(c)放入支架后1年发生再堵塞

图2. 临床—实验—模拟研究的流程图

图3. 堵塞部位的流动显示实验图像，其中分岔部壁面A和支架位置B