在美國，大約每50人中就有人因大腦動脈壁弱化而導致的腦動脈瘤，并且以血管膨大為特征，血管破裂會導致腦損傷，中風甚至死亡。來自勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL），杜克大學和得克薩斯州A＆M的一組研究人員一直在努力改善當前的外科手術程序，并使它們更具患者特異性。這些科學家使用生物3D打印技術在人體外創建了第一個活體動脈瘤，然后執行了醫療程序，觀察它對治療的反應并像真正的大腦一樣愈合。

該團隊在《生物制造》雜志上發表了一篇關于他們工作的論文。“在這里，我們使用明膠-纖維蛋白水凝膠開發了3D打印的帶有動脈瘤的血管化組織結構，其內血管壁播有人腦微血管內皮細胞（hCMEC）。 hCMECs容易在整個血管壁（包括動脈瘤壁）周圍表現出細胞附著，擴散和融合。此外，該體外平臺可直接通過粒子圖像測速儀進行流量測量，從而能夠直接評估血管流動動力學，以與3D計算流體動力學模型進行比較。”

體外活體腦動脈瘤。（a）3D打印的動脈瘤生物反應器的圖示。

（b）灌注紅色熒光珠的體外動脈瘤血管結構，表明在犧牲墨水撤離后形成了專利血管。

“盡管有很多有前途的治療選擇，但有些還有很長的路要走。 LLNL工程師兼首席研究員莫妮卡·莫亞（Monica Moya）表示，動物模型不一定是嘗試這些選擇的最佳方法，因為它們無法直接觀察到治療效果，并且動脈瘤的幾何形狀無法控制。 “擁有這個強大的人體體外測試平臺可以幫助促進新的治療方法。如果我們能夠使用這些設備盡可能多地復制動脈瘤，我們可能會幫助將其中一些產品加速進入臨床，并從根本上為患者提供更好的治療選擇。”

LLNL團隊使用3D打印在體外復制動脈瘤并對其進行了血管內修復程序，將導管插入血管中，并將鉑金線圈緊密地包裝在動脈瘤囊內。他們將血漿引入動脈瘤，并觀察到線圈所在的地方有血塊形成。綠色區域表示內皮細胞，紅色區域表示形成的血塊。 LLNL Elisa Wasson攝

粒子圖像測速（PIV）分析和3D計算流動模型仿真。 （a）（上）動脈瘤圓頂后部的PIV測量顯示，在300 μl min-1的流速下沒有可檢測到的流量。 （中）在z = -0.66 mm時，具有相同幾何形狀和流速的3D流動模擬。 （下圖）以相同的流速用2x物鏡捕獲的母子血管內的PIV測量值。 （b）（上圖）PIV測量值聚集在動脈瘤穹頂的背面，顯示出圓形的流動模式，并以4倍物鏡以20 ml min-1的流速捕獲。 （下圖）對相同幾何形狀和流速的模擬，表明流體運動僅在高流速下在圓頂內發生。 （c）從通過共聚焦顯微鏡收集的圖像堆棧構建的印刷活體動脈瘤的高保真幾何重建。

動脈瘤印刷血管的內皮化。（a）灌注培養7天后肌動蛋白染色的內皮細胞的共聚焦圖像。 （b）在動脈瘤圓頂內肌動蛋白染色的內皮（綠色）的特寫照片，表明完全融合的單層生長。

“基本上，臨床醫生可以從字面上看某人的腦部掃描，并通過建模軟件運行它，該軟件可以在治療之前顯示流體動力學。 Hynes解釋說，它也應該能夠模擬該處理方法，并允許從業者縮小到某種類型的線圈或包裝體積，以確保獲得最佳結果。

在體外動脈瘤內部署血管內裸鉑線圈（BPC）介入治療。 （一）與動脈瘤圓頂雙線圈部署的圖像。 （b）在從血管內微導管插入BPC期間進行明場監視的顯微照片（第一BPC：3 mm×6 cm，第二BPC：2 mm×3 cm）。 （c）在BPC展開和縮回（2 mm×3 cm）之前和之后（d）的人造動脈瘤的最大投影共聚焦圖像疊層，其中充滿了1 μm紅色熒光珠，表明在插入過程中對囊的破壞沒有。

血漿凝塊形成對BPC在體外活體動脈瘤穹頂內展開的反應。 BPC部署并注入牛血漿后，完整體外動脈瘤的最大投影共聚焦圖像堆棧。通過血漿混合物中所含痕量熒光標記的紅色人血纖蛋白原的積累，可以看到血塊的形成。內皮細胞被肌動蛋白熒光染色為綠色。成像顯示動脈瘤囊的血塊形成和閉塞，在血管結構的其他部位沒有大的血塊形成。

LLNL團隊表示，這個平臺在早期階段就顯示出了希望。他們的下一步是將LLNL計算工程師Ortega創建的2D血液凝結模型與Randles的3D流體動力學模型相結合，以模擬引起動脈瘤的血凝塊如何響應3D線圈而形成。