В США 3D-принтер создал функциональное человеческое сердце.
Нет двух сердец, которые бьются идентично. Размер и форма сердца могут отличаться от человека к человеку. У людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, эти различия особенно выражены, так как их сердца и крупные сосуды работают интенсивнее, чтобы компенсировать любые нарушения функции.
Инженеры из Массачусетского технологического института разрабатывают метод помощи врачам в адаптации лечения к конкретной форме и функции сердца пациентов с помощью специального роботизированного сердца. Они разработали процедуру 3D-печати мягкой и гибкой копии сердца пациента. Затем они могут контролировать действие этой реплики, имитируя способность пациента перекачивать кровь.
Процедура включает в себя преобразование медицинских изображений сердца пациента в трехмерную компьютерную модель, которую затем можно напечатать на 3D-принтере с использованием полимерных чернил. Это создает мягкую и гибкую оболочку, повторяющую форму сердца пациента. Этот подход также применяется для создания отпечатков аорты пациента - главной артерии, по которой кровь течет от сердца к остальным частям тела.
Для имитации работы сердца команда создала рукава, аналогичные манжетам для измерения артериального давления, которые оборачиваются вокруг напечатанного сердца и аорты. Нижняя сторона каждого рукава имеет пузырчатую структуру с точным рисунком. Подключив рукав к пневматической системе, исследователи могут регулировать выход воздуха так, чтобы ритмично надувать пузыри рукава и сокращать сердце, эмулируя его насосную функцию.
Исследователи также могут надувать отдельный рукав вокруг напечатанной аорты, чтобы сузить сосуд. Это сужение можно регулировать для имитации аортального стеноза - состояния, при котором аортальный клапан сужается, заставляя сердце работать тяжелее, чтобы прокачивать кровь через организм.
Традиционно врачи лечат аортальный стеноз путем хирургической имплантации синтетического клапана, который предназначен для расширения естественного клапана аорты. В будущем, согласно заявлению команды исследователей, врачи смогут потенциально использовать их новую процедуру, начиная с создания 3D-напечатанных моделей сердца и аорты пациента, а затем имплантировать различные клапаны в созданную модель, чтобы определить, какая конструкция будет наилучшей для конкретного пациента. Эти напечатанные копии сердца также могут стать ценными платформами для исследовательских лабораторий и производителей медицинского оборудования, предоставляя реалистичные условия для тестирования методов лечения различных сердечных заболеваний.
Лука Розалия, аспирант Гарвардской программы по медицинским наукам и технологиям Массачусетского технологического института и Гарварда, отмечает: "Все сердца разные. Существует значительное разнообразие, особенно у больных пациентов. Преимущество нашей системы заключается в том, что мы можем воссоздать не только форму сердца пациента, но и его функцию, как в нормальных физиологических условиях, так и при наличии заболевания."
В январе 2020 года команда под руководством профессора машиностроения Эллен Рош представила "биороботизированное гибридное сердце" - уникальную реплику сердца, изготовленную из синтетической мышцы и оборудованную небольшими надувными цилиндрами, которыми можно было управлять для имитации сокращений настоящего сердца.
В связи с наступлением пандемии Covid-19 в январе того же года лаборатория Рош, также как и многие другие лаборатории на кампусе, была вынуждена временно закрыться. Вопреки этому вызову, Лука Розалия не побоялся и продолжил совершенствование этого впечатляющего дизайна в домашних условиях.
"В марте того же года я полностью воссоздал систему в своей комнате в общежитии", - вспоминает Розалия.
После того, как лаборатория снова открылась через несколько месяцев, команда возобновила свою работу, фокусируясь на улучшении контроля за рукавом, имитирующим сердечный ритм, который они тестировали на животных и компьютерных моделях. Затем они расширили свой подход, разрабатывая рукава и модели сердца, индивидуально подходящие для каждого пациента, с применением технологии 3D-печати.
"В медицинской сфере существует значительный интерес к использованию технологии 3D-печати для точного моделирования анатомии пациента с целью применения в предоперационном планировании и обучении", - отмечает Ван, ординатор сосудистой хирургии в Медицинском центре Бет Исраэль Диаконесса в Бостоне.
В последнем исследовании команда использовала 3D-печать для создания уникальных копий сердец реальных пациентов, используя полимерные чернила, которые после печати могут имитировать сокращения настоящего сердца. Они начали с медицинских снимков 15 пациентов с диагнозом аортального стеноза, превращая изображения в трехмерные компьютерные модели желудочка и аорты каждого пациента. С использованием 3D-принтера создали мягкие, анатомически точные оболочки для желудочка и сосуда.
Команда также разработала рукава для обертывания этих форм, которые могли точно имитировать сердечные давления и потоки у каждого пациента. Они также проверили реакцию напечатанных сердец на имплантаты клапанов, аналогичные тем, которые использовались у некоторых пациентов. После активации напечатанных сердец они обнаружили, что имплантированные клапаны обеспечивают улучшенный кровоток, сравнимый с реальными пациентами после хирургических вмешательств.
Исследователи также провели эксперименты с различными размерами имплантатов, чтобы определить оптимальные методы лечения для будущих пациентов. Индивидуализированные копии сердец пациентов могут стать ключевым инструментом для определения наилучших подходов к лечению людей с уникальной геометрией сердца.
SON
Автор7-02-2024, 23:42
Дата пуликацииНовости технологий / Медицина
Категория- Комментариев: 0
- Просмотров: 92