通讯员 衣晓峰 科技日报记者 李丽云
针对心血管内科常见的房间隔缺损疾病，能不能设计出一种生物可降解、组织相容性好、并发症少，且在心脏“漏洞”修补完毕之后即可自动消失的封堵装置，以替代传统的金属封堵器？近日，由哈尔滨工业大学冷劲松教授课题组在国际权威期刊《先进功能材料》上发表的一篇题为《4D打印可生物降解及远程驱动控制的形状记忆封堵装置》的学术文章，从医工结合的角度给出了肯定回答。经检索查新，目前国际仅有极少数有关3D打印可降解封堵器的研究，关于哈尔滨工业大学与哈尔滨医科大学专家团队联手开展的4D打印个性化可降解的新型封堵器研究尚未见报道。这是科技日报记者11月18日从哈尔滨工业大学获悉的。
统计资料显示，先心病约占临床各种常见先天性异常疾病的28%。我国每年新生儿先天性心脏病的新增病例超过10万例。其中，房间隔缺损是一种典型的先心病。心脏封堵器自上世纪70年代发明以来，已广泛用于先心病的介入治疗。目前市场上的心脏封堵器主要由形状记忆镍钛合金丝编织而成，输送阶段收缩于细长的特殊装置中，到达病灶部位后膨胀展开，由此完成非正常血流的封堵。虽然这些合金封堵器能够提供有效的密封，但存在不可降解、金属离子析出、传导阻滞、血栓、溶血、镍过敏、腐蚀或中毒等各类并发症，以及不能二次穿刺手术等潜在问题。
理想情况下，封堵器能否成为一个临时的“桥梁”，植入心脏后周围组织向封堵器内聚拢过来，生长完成达到内皮化，待封堵器作用发挥完毕，即逐渐自行降解并被机体吸收。在多项国家自然基金的支持下，哈工大航天学院复合材料与结构研究所冷劲松教授课题组与哈医大心内科三病房富路主任、李元十教授及博士生吕金鑫等人密切合作，将可编程的形状记忆聚合物与4D打印技术相结合，设计并制备了可个性化定制、可生物降解的形状记忆聚合物封堵器。前者采用4D打印技术，可以快速、经济、高效的方式制造个性化医疗植入器件，而个性化的封堵器有望实现与患者缺损处的高度适配，显著提高封堵成功率并且有效减少并发症。
图（a）ASD及封堵器植入过程示意图；（b）封堵器设计图；（c）4D打印形状记忆聚合物封堵器
据了解，冷劲松教授团队长期从事形状记忆聚合物及4D打印主动可控智能器件的生物应用，包括4D打印骨组织支架、气管支架的材料研制、结构设计及力学分析等研究。冷教授解释说，形状记忆聚合物是一种刺激响应材料，具有保持临时形状，在热、磁等特定的激励下回复到其初始状态的能力。课题组利用上述材料，设计了可编程的形状记忆心脏房间隔缺损封堵器；封堵器包含框架式支撑结构和阻流膜，通过4D打印技术制备的个性化封堵器框架为双盘状，为便于介入输送，设计封堵器的临时形状为直线状，到达房间隔缺损位置后，在激励下自动回复到双盘形状，最终达到封堵异常血流的目的。
在以上科研工作的基础上，冷劲松课题组还和哈医大一院心内科专家评估了封堵器的承载能力；同时进行的体外细胞培养及体内植入实验，表明封堵器具有良好的生物相容性，利于细胞粘附及新生组织向封堵器内生长，有助于快速内皮化；将封堵器植入大鼠体内后，组织染色结果显示植入两周后可见降解颗粒，验证了封堵器的可降解性；可行性验证表明封堵器可快速、完全地实现编程回复及封堵过程。
李元十主任医师评价说，4D打印个性化可降解形状记忆聚合物封堵器，有望成功解决金属封堵器不可降解、过敏、腐蚀、生物相容性差等严重问题；诸如室间隔缺损封堵器、动脉导管未闭封堵器等等其他类型的封堵装置，也可借鉴类似的方式设计和制造。因此，4D打印的形状记忆聚合物可降解封堵器，拥有极为广阔的应用前景，可望成为金属封堵器的潜在替代装置。
上述文章的第一作者为哈工大博士生林程，共同通讯作者为冷劲松教授和刘立武教授。
