组织工程植入物成熟过程的力学建模：以生物杂化心脏瓣膜为例
计算工程、金融与科学
2025-03-24 v1
摘要
组织工程心血管植入物的开发可改善社会中遭受心血管疾病的大批人群的生活。再生组织通过称为组织成熟的过程制造。此外，制造具有足以承受人体内载荷条件的力学强度的心血管再生植入物极具挑战。因此，由标准增强材料（如纺织品或 3D 打印支架）增强再生组织的生物杂化植入物是一种有趣的解决方案。计算模型可显著有助于表征、设计和优化生物杂化植入物。实现该目标的第一步是开发组织工程植入物成熟过程的计算模型。本文聚焦于纺织增强组织工程心血管植入物的力学建模。首先，我们提出一种基于能量的方法来计算成熟过程中的胶原演化。然后，我们应用结构张量的概念来建模细胞外基质与纺织支架的各向异性行为。接着，新开发的本构模型被嵌入到一种带减缩积分的特殊实体-壳有限元公式中。最后，我们利用我们的框架计算两个结构问题：受压壳构造与管状心脏瓣膜。结果表明该模型能够预测成熟过程中所施加边界条件引起的胶原生长。因此，我们可以预测植入物的力学响应，如植入物的变形与应力。
引用
@article{arxiv.2307.12439,
title = {Mechanical modeling of the maturation process for tissue-engineered implants: application to biohybrid heart valves},
author = {Mahmoud Sesa and Hagen Holthusen and Lukas Lamm and Christian Böhm and Tim Brepols and Stefan Jockenhövel and Stefanie Reese},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.12439},
year = {2025}
}
备注
Preprint submitted to Elsevier