體外器官”模型”
3D列印技術問世後，不乏看到各種醫學應用，其中最常看到的就是列印人體器官，讓醫療人員在手術前以實體模型來熟悉解剖構造，甚至以模型來幫助做手術規劃。然而，這種模型大多是不會真的運作的，也就是不會動的器官。例如:心臟會動吧!但是大多這種列印出來的模型，都是不會動的實體模型，沒有真實運作。這篇文章要介紹的就是會”動”的心臟右心室模型。而這個模型的設計動機，也是為更多心臟相關疾病的研究提供體外的模型，讓科學家或醫療人員在這個模型上做更多的實驗。
模擬心臟動作
美國麻省理工學院(MIT)的工程師在Nature Cardiovascular Research發表一篇研究，在生物體外建立實體右心室模型，能模擬真實心臟的跳動和幫浦出血液。這個機械右心室的模型，結合真實的心臟組織，以及合成的氣球狀的人造肌肉而成，能同時觀察這個心臟模型生物體的瓣膜和其他功能的結構如何運作。這個模型也能針對健康和生病的情況，模擬右心室功能障礙。例如:肺動脈高血壓和心肌梗塞。
選擇右心室模擬
為什麼要選擇右心室做心臟模型呢?右心室的功能在打出去氧血到肺部，相較左心室的工作負載小一些，肌肉厚度較薄，具有更複雜的結構和動作。然而，也因為解剖結構複雜，臨床人員不容易正確地觀察和評估患者的右心室功能。
模型設計
在此研究，研發團隊移植豬的右心室，小心保留內部結構。然後以矽膠材料包覆，當作是軟質、合成心肌或肌肉內襯。在內襯裡面，團隊埋入幾根長的氣球狀管，圍繞著心臟組織。而放置的位置，則是以電腦模型分析來決定如何能最好地再現心室收縮。研究團隊將每根管子連結到控制系統，可以特定速率對這些管子充氣和放氣，模擬心臟真實跳動的韻律和動作。
模型測試
為了測試模型的幫浦能力，模型內灌入和血液同樣黏度的液體。這特定的液體是透明的，讓工程師能以內攝影機觀察，當心室幫浦出液體時，內部瓣膜和結構如何反應。
總而言之，研究團隊發現這樣做出來的模型，他們觀察到的測試成效和先前在健康動物上的狀態相同。之後只要調整頻率和幫浦管子的力量就能模擬各種心臟的狀況。例如:不規則心跳、肌肉虛弱或高血壓。
此外，團隊也做了測試，植入各種尺寸的環狀醫材來修復三尖瓣。三尖瓣若有漏洞或破損，可能造成右心衰竭和心房顫動，導致心臟能力下降，腹部和腿部腫脹、肝腫大。藉由植入不同尺寸的機械瓣膜或者以環狀醫才來修復，能觀察到心室持續幫浦，了解植入物是如何改善心室的液體流動。
這個模型目前的運作是幾個月。團隊希望能開發出更完整地心臟模型的功能，延長模型的使用時間。這個模型現在已經用來做一個心臟模擬的平台，加速植入裝置從設計到臨床使用的時程。未來團隊希望能加入左心室到這個模型。更完整的模擬心臟的功能。
參考文章:
