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退伍军人事务研究员开发3D打印人工肺以帮助治疗COPD

  近日,密歇根州安娜堡VA医疗保健中心的科学家们正在开发一种3D打印人工肺,可以帮助治疗受肺病影响的退伍军人。慢性阻塞性肺病(COPD)是目前美国退伍军人最普遍的疾病之一,16%的退伍军人都患有此疾病,导致这种问题的一些最常见因素包括接触焚烧坑、化学品、柴油机尾气和沙子。 根据VA医疗保健中心的研究发现,大多数COPD患者患有肺气肿(肺气囊扩大和受损)和慢性支气管炎,约20%的严重创伤性脑损伤患者也患有急性肺损伤。

  

退伍军人事务研究员开发3D打印人工肺以帮助治疗COPD

 

  安娜堡VA医疗保健中心的生物医学工程师Joseph Potkay博士展示人工肺的2D原型

  生物医学工程师Joseph Potkay博士领导的这项研究是由VA资助的,专注于血液中积聚二氧化碳的患者,这些患者通常为患有终末期COPD的退伍军人。血液中积聚过多的二氧化碳可能会导致心脏骤停而猝死,因此需要从肺部排出多余的二氧化碳。

  Potkay博士长期以来一直在研究使用微细加工来制造人工肺,这种人工肺与人肺相似,能进行有效气体交换和血液流动。2011年,Potkay在凯斯西储大学(简称CWRU)和 Louis Stokes Cleveland VA医疗中心的帮助下,使用传统的微细加工方法制作出了2D人工肺原型,据3D虎了解,该原型的效率可以使用空气作为通风气体,这为人工肺植入开辟了新的可能性。Potkay博士表示,目前正在进行的3D打印版人工肺将“提供同样的基本优势”。

  Potkay博士说:“3D打印人工肺的整体占地面积更小、效率更高。因此,使用3D打印制作的人工肺可以提高便携性和性能。“

  

退伍军人事务研究员开发3D打印人工肺以帮助治疗COPD

 

  Potkay的人工肺模型依靠微细加工来实现与人肺相似的高效气体交换和血液流动效果

  Potkay博士和他的团队正在与高分辨率3D打印公司Old World Labs(OWL)合作,创建一个大小约为半英寸的3D打印人工肺原型,希望能够装入背包并成功工作一个星期。经过进一步的研究,研究人员希望能让人工肺工作更长的时间。肺病患者长期以来一直使用含有人工肺的心肺机进行康复治疗,但这些装置体积庞大,并非真正的便携。此外,患者还必须保持适当的血压、减少凝血和免疫反应。

  VA研究中心背后的目标是创造出一个真正可穿戴的人工肺,它与活组织相容并且可以提供短期和长期呼吸支持。根据Potkay博士的说法,这是第一次使用高分辨率聚合物3D打印来制造具有3D血流网络的微流体肺。“通过2D设计,可以将许多单个2D图层堆叠在一起,但是这限制了人类使用设备的便利性,并且血液通道的自由度较低。“Potkay博士解释道。“3D打印能有效解决这些问题,我们可以更精确和有效地了解血流路径。

  

退伍军人事务研究员开发3D打印人工肺以帮助治疗COPD

 

  Potkay使用人造毛细管的测试打印品,这些毛细管将成为现在生产中的3D人工肺的一部分

  Potkay博士不确定距离植入3D打印肺还有多远,目前仅在兔子身上进行了测试,并计划未来在羊身上进行测试。Potkay博士说:“我们相信3D打印版人工肺比2D版更好,但我们目前还没有证据能证明这一点。”另外,值得一提的是,3D打印人工肺可以作为其他肺部疾病患者的临时解决方案,如急性呼吸窘迫综合征等。