基于体外小叶培养和3D打印技术的婴儿二尖瓣组织工程植入体原型研究

本研究针对婴儿二尖瓣脱垂(MVP)修复面临的生长适配性差、再干预率高等临床难题，创新性地采用人胎儿主动脉来源的间血管母细胞(AoMAB)结合超高分子量聚乙烯(UHMWPE)涂层和明胶甲基丙烯酰胺(GelMA)水凝胶3D打印技术，开发了四种瓣膜小叶植入体原型。研究发现UHMWPE-PVA-胶原复合涂层材料展现最优综合性能（降解率7.30±18.71%，接触角26.13±1.45°，细胞活力177.04±68.92%），而GelMA原型则显示出卓越的细胞相容性（活力216.77±77.69%）和个性化制造潜力，为儿科心脏瓣膜修复提供了突破性的组织工程解决方案。

　　

在儿童先天性心脏病治疗领域，二尖瓣脱垂(MVP)修复始终是外科医生面临的重大挑战。与成人患者不同，婴幼儿患者不仅需要承受传统机械瓣或生物瓣植入后的抗凝治疗负担，更面临着"患者-假体不匹配"的独特困境——随着儿童身体发育，原本合适的瓣膜会逐渐变得不合尺寸，导致高达28.6%的患儿在术后7年内需要再次手术。更棘手的是，现有植入物无法同步生长，反复开胸手术带来的感染、血栓等并发症，使得这个脆弱群体的长期生存率显著低于成人。

为突破这一临床瓶颈，来自未知机构的研究团队在《BMEF (BME Frontiers)》发表了一项创新研究。他们巧妙结合组织工程和3D打印技术，以人胎儿主动脉来源的间血管母细胞(AoMAB)为种子细胞，开发了四种具有生长潜力的二尖瓣植入体原型。研究采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)基础材料，分别测试了纯UHMWPE、聚乙烯醇(PVA)涂层、PVA+胶原复合涂层方案，并创新性地引入光固化明胶甲基丙烯酰胺(GelMA)水凝胶3D打印技术。通过环境扫描电镜(ESEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、动态力学分析(DMA)等表征手段，结合AoMAB细胞的体外培养实验，系统评估了材料的理化性质和生物相容性。

【材料表征揭示涂层优势】

微结构分析显示，PVA和PVA+胶原涂层使UHMWPE表面形成50μm级的规则多孔结构（#2:50.37±18.96μm，#3:44.92±17.18μm），显著优于纯UHMWPE的11.26±2.60μm孔径。纳米压痕测试进一步证实，胶原修饰使材料表面弹性模量更接近天然组织。FTIR光谱在3280cm^-1处出现的特征峰，证实了涂层成功引入了促进细胞粘附的极性基团。特别值得注意的是，PVA+胶原复合涂层在保持UHMWPE机械强度（弹性模量0.179±0.022GPa）的同时，将接触角从91.90°降至26.13°，实现了疏水材料亲水化的突破。

【GelMA展现3D打印潜力】

采用7.5%浓度的GelMA通过容积式生物打印制造的瓣膜原型，虽然机械强度较低，但展现出惊人的细胞相容性——AoMAB细胞活力高达216.77±77.69%，显著高于其他组别。共聚焦显微镜观察发现，细胞能在3D结构中形成仿生的同心圆排列模式。研究者特别设计的"ValCard"二尖瓣模型，通过光片荧光显微镜(MesoSPIM)证实细胞可在整个18.4mm直径的植入体表面均匀增殖，为未来个性化定制奠定了基础。

【PVA-胶原复合涂层脱颖而出】

综合评估显示，UHMWPE+PVA+胶原组(#3)在多项关键指标上表现突出：14天降解率仅7.30±18.71%，远低于纯PVA涂层的37.31%；流体吸附能力达91%，配合26.13°的超亲水表面，为细胞提供了理想微环境；虽然最大载荷(3.582±0.268N)与纯UHMWPE相当，但纳米级表面拓扑结构的优化使AoMAB细胞活力提升至177.04%，形成了独特的"机械强度-生物活性"平衡。

这项研究的意义不仅在于材料学的突破，更开创了儿科心血管治疗的新范式。采用AoMAB细胞作为种子细胞，解决了传统瓣膜间质细胞(VIC)来源有限的问题；而3D打印GelMA技术则为实现"生长适配性"植入体提供了可能。研究者特别指出，PVA-胶原复合涂层方案可直接应用于现有Ozaki瓣膜成形术，具有立即转化的临床价值；而GelMA路径则需要进一步解决力学性能不足的问题，但其在促进组织再生方面的优势，可能最终实现"植入体随儿童同步生长"的终极目标。随着血栓形成测试和大动物实验的后续开展，这些创新原型有望改写婴幼儿心脏瓣膜疾病的治疗格局。