作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2024/1/11 14:43:01
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跳动的生物机器人心脏可更好模拟瓣膜

 


科学家通过用软机器人泵替换生物心脏左室的心肌来制作生物机器人心脏模拟器。图片来源:马尼沙·辛格

美国麻省理工学院的研究人员将生物心脏和硅胶机器人泵结合在一起,创造了一种生物机器人心脏,它可以像真正的心脏一样跳动。1月10日发表在《设备》杂志上的这一成果可模拟健康或患病心脏的结构、功能和运动,使外科医生和研究人员能够在收集实时数据的同时演示各种干预措施。

目前的心脏模拟器并不能完全模拟心脏的复杂性,保质期只有2—4小时。而且动物研究既昂贵又耗时,且研究结果可能并不适用于人类。生物机器人心脏可以弥补这些遗憾,不仅成本低,保质期也可长达数月。

此次,研究人员专注于二尖瓣反流。二尖瓣反流的症状为左心室之间的瓣膜无法正确关闭,导致心脏瓣膜泄漏,血液可能会倒流。这种疾病影响着全球约2420万人,可导致呼吸短促、四肢肿胀和心力衰竭。

为了更好地了解二尖瓣在健康和疾病状态下的情况,该团队基于猪心脏构建了生物机器人心脏。研究人员用由空气驱动的硅胶软机器人泵系统取代了左心室中的心肌。当充气时,该系统会像真正的心肌一样扭曲和挤压,通过模拟循环系统泵送人造血液并模拟心脏的跳动。

当研究人员破坏了生物机器人心脏的二尖瓣时,它显示出心脏瓣膜泄漏的特征。然后,研究人员让心脏外科医生使用三种不同的技术来纠正损伤:用人工腱索锚定摆动的瓣膜小叶组织;用人工瓣膜替换损坏的瓣膜;植入帮助瓣膜小叶关闭的装置。

这三个手术均取得成功,压力、流量和心脏功能均恢复正常。该系统还可在手术过程中收集实时数据,并与当前使用的成像技术兼容。由于该系统中使用的人造血液是透明的,因此还可以直接可视化整个过程。

接下来,该团队的目标是通过缩短生产时间和进一步延长保质期来优化目前的生物机器人心脏系统。除了使用猪心,他们还在探索用3D打印技术重建一个合成的人类心脏。

 
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