利用3D列印技術建立人工動靜脈瘻管

2024/02/12閱讀時間約 5 分鐘

對於末期腎臟患者而言,由於其腎臟已無法將體內的代謝廢物和水分順利排出體外,血液透析 (hemodialysis,俗稱洗腎) 成為維持患者生存的治療方式。在執行血液透析之前,需要建立自體動靜脈瘻管 (arteriovenous fistula,AVF) 或人工動靜脈瘻管 (arteriovenous graft,AVG) 作為進行置換的血管通路。自體動靜脈瘻管是將病人皮下的一條靜脈與鄰近的動脈接合,人工動靜脈瘻管則是利用一個外在的管路使動脈和靜脈得以相通 [1]。在臨床上通常會先試圖以病人自體的血管建立透析通路,如果後續判斷病人的血管不適合用於建立透析通路,就會採取建立人工動靜脈瘻管的方法來創建透析通路。目前臨床上常利用拉伸性鐵氟龍 (expanded polytetrafluoroethylene,ePTFE) 為材料來建立人工動靜脈瘻管,但使用這類材料所建立的人工動靜脈瘻管可能會因為生物相容性的問題誘發血管病變 (vasculopathy),提升病人因血管栓塞而住院與死亡的風險。陽明交通大學生物科技學院李明家老師的研究團隊透過3D列印 (3D printing) 與電腦斷層掃描 (computer tomography) 的技術,打造可針對生物體血管大小量身訂製的人工動靜脈瘻管,並以兔子為動物模型驗證其成效 [2]。

此研究團隊所使用的材料為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 (ethylene vinyl acetate,EVA),屬於經FDA認證具高度生物相容性,可維持細胞生長並適合作為長期植入物的材料 [3]。研究團隊首先利用人臍靜脈內皮細胞 (human umbilical cord vein endothelial cells),測試細胞生長於EVA的效果,確認材料與表皮細胞之間具高度生物相容性。接著,研究團隊利用電腦斷層掃描技術,針對兔子的頸部血管進行血管攝影 (angiography),依據每隻兔子個別的血管直徑以3D列印技術製作出H型人工動靜脈瘻管,再透過手術將H型人工動靜脈瘻管植入兔子頸部 (圖一)。手術流程中,會先找出兔子的左頸動脈與左頸靜脈,用止血鉗夾住血管,再劃開血管將H型人工動靜脈瘻管植入,最後使用組織黏膠固定,等待五分鐘後便可將止血鉗移開讓血液正常流通。植入H型人工動靜脈瘻管的過程相當快速,動物失血量少且不需經由任何縫合,術後一周內的監測結果證實血液可以暢通地流經H型人工動靜脈瘻管且其液體滲出率比傳統瘻管更低 (圖二),且皆無血液腫塊的生成,證實此H型人工動靜脈瘻管的應用可行性。

這是首篇將3D列印技術搭配電腦斷層掃描技術,應用於個別化打造人工動靜脈瘻管的研究。期待後續有更多研究針對3D列印技術於實際臨床治療上的應用進行更深入的探討,讓未來醫療在3D列印的輔助下有更多可能性。

圖一、將 H 型人工動靜脈瘻管植入兔子左頸血管的示意圖與實際將H型人工動靜脈瘻管植入血管後的照片

圖一、將 H 型人工動靜脈瘻管植入兔子左頸血管的示意圖與實際將H型人工動靜脈瘻管植入血管後的照片


圖二、H型人工動靜脈瘻管 (3D-printed AVG) 與對照組傳統瘻管 (ePTFE AVG) 的血液流通與滲出率的比較,從實驗結果可以看到血液可以更順暢地流經H型人工動靜脈瘻管且其液體滲出率比傳統瘻管更低

圖二、H型人工動靜脈瘻管 (3D-printed AVG) 與對照組傳統瘻管 (ePTFE AVG) 的血液流通與滲出率的比較,從實驗結果可以看到血液可以更順暢地流經H型人工動靜脈瘻管且其液體滲出率比傳統瘻管更低


參考文獻:

[1] 恩主公醫報 – 透析準備

https://www.eck.org.tw/wp-content/uploads/2020/02/kidney_10809.pdf

[2] Li, M. C., Chang, P. Y., Luo, H. R., Chang, L. Y., Lin, C. Y., Yang, C. Y., Lee, O. K., Wu Lee, Y. H., & Tarng, D. C. (2022). Functioning tailor-made 3D-printed vascular graft for hemodialysis. The journal of vascular access, 11297298221086173. Advance online publication. https://doi.org/10.1177/11297298221086173

[3] Genina, N., Holländer, J., Jukarainen, H., Mäkilä, E., Salonen, J., & Sandler, N. (2016). Ethylene vinyl acetate (EVA) as a new drug carrier for 3D printed medical drug delivery devices. European journal of pharmaceutical sciences : official journal of the European Federation for Pharmaceutical Sciences, 90, 53–63. https://doi.org/10.1016/j.ejps.2015.11.005




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