儿童患者的心脏瓣膜损伤常常由于风湿热引起，进而导致风湿性心脏病、中风和心力衰竭等更为严重的健康问题。目前虽然通过手术修复心脏瓣膜是可行的，但对于仍处于生长阶段的儿童而言，手术问题变得更加困难。有时需要进行多次侵入性手术才能更换瓣膜为更大的尺寸，而生产人造心脏瓣膜的过程既昂贵又漫长。

近日，哈佛大学的研究人员通过创新的3D打印技术开发出一种名为FibraValve的儿童心脏瓣膜，以解决儿童风湿热所导致的心脏瓣膜损伤问题。这项突破性研究能够在短短10分钟内通过聚己内酯（PCL）和聚乳酸（PLA）等材料的组合，利用聚焦旋转喷射纺丝（FRJS）的新方法进行3D打印，将瓣膜与患儿一起生长，从而消除了额外的手术需求。

研究人员在研究中写道：“不幸的是，目前的心脏瓣膜置换术并不能与孩子一起成长，因此需要在儿科患者的一生中重复进行高风险手术。FibraValves采用可生物降解的聚合物纤维制造，允许患者的细胞附着和重塑植入的支架，最终构建一个可以与孩子一起成长并终生生活的原生瓣膜。”

哈佛大学的研究团队，主要由哈佛大学生物工程教授Parker和Hoerstrup组成，已经在过去十年中一直致力于开发能够生长的心脏瓣膜。在2017年，他们成功制造出第一个合成心脏瓣膜JetValve，该瓣膜采用早期版本的FRJS制造，其中生物相容性合成聚合物通过喷嘴纺成纳米纤维，纳米纤维则堆积在瓣膜形状的心轴上，以快速生产具有生物相容性的瓣膜。两位研究人员成功将JetValve植入绵羊的心脏，该瓣膜能够在那里正常工作并吸引活细胞再生新组织，但仍有改进的空间。

聚合物和聚焦空气射流被迫通过纺丝装置，聚合物纤维聚集在阀形心轴上形成 FibraValve。

新的FibraValve采用了创新的阀形框架设计，通过FRJS技术结合空气喷射流的引入，可以充满液体聚合物，从而轻松调整最终形状，并提高纤维在心轴上的沉积速率。最终得到的合成3D打印结构具有网状纳米纤维网络，可以促进细胞的渗透和生长。

研究团队的高级作者、哈佛大学生物工程教授Parker解释道：“细胞在纳米尺度上运作，而传统的3D打印无法达到这个水平，但集中旋转喷射纺丝技术可以在其中创造纳米尺度的空间结构。因此，当细胞进入支架时，它们会感觉就像在自身的心脏瓣膜中，而不是在合成支架中。”

此外，团队还定制了可生物降解的PLCL聚合物材料，这种材料不仅可以改善FibraValve植入体内后活细胞的渗透性，而且还能进行生物降解。相比之前的版本，FibraValve更具弹性，并且能够使细胞在整个支架上更均匀地分布。团队还对瓣膜内部“小叶”的形状进行了优化，以减少血液通过瓣膜漏回的量。通过所有这些改进，FibraValve能够实现自我重塑，对于仍处于生长阶段的儿童心脏瓣膜疾病患者非常有用。

FibraValve 由聚合物纤维长丝组成，复制了人类心脏瓣膜的物理特性，并且具有足够的多孔性，可以让细胞渗透并用活组织替换支架。

研究团队已将3D打印的FibraValve成功植入活羊的心脏中，该瓣膜能够立即开始工作，使瓣叶在每次心跳时开合，调节血流。一小时后，研究人员观察到蛋白质纤维蛋白在瓣膜外部沉积，红细胞和白细胞渗透到多孔支架中，未发现任何副作用、血栓形成或其他问题的迹象。现在，该团队计划进行长期动物测试，评估FibraValve的性能和再生能力。

研究人员相信，他们的3D打印心脏瓣膜置换方法最终可能会为更多定制化的植入式医疗设备（如血管、其他瓣膜和心脏补片）的制造带来新的机遇。这项研究为儿童心脏瓣膜疾病的治疗提供了潜在解决方案，并为实现原生细胞使用该设备自我再生活瓣膜组织的目标奠定了基础。同时，FRJS技术也具有未来制造其他医疗设备的潜力。

哈佛大学的这项研究代表了3D打印技术在心脏瓣膜领域的巨大潜力，为解决儿童心脏瓣膜疾病带来了希望，并为日后开发更多定制化的植入式医疗设备提供了新思路。该研究结果为再生医学领域的进一步发展铺平了道路。