Корзина

3D Принтеры помогли вылечить повреждение трахеи

Исследователи 3D печати в медицине из Института Медицинских Исследований Файнштейна (The Feinstein Institute for Medical Research) совершили прорыв в медицине используя 3D печать на экспериментальном 3D принтере для создания хряща предназначенного для лечения или замены трахеи.

3DPrinter1

Результаты были доложены сегодня на 51-м ежегодном заседании Общества торакальных хирургов в Сан-Диего, в презентации Тодда Голдштейна (Todd Goldstein), исследователя Института Файнштейна. Это первое медицинское исследование, где обычная PLA нить была использована для 3D печати сделанного на заказ трахейного каркаса, который был  комбинирован с живыми клетками для создания сегмента трахеи.

М-р Голдштейн, кандидат доктора наук в медицинской школе Hofstra North Shore-LIJ School, работал с командой хирургов в системе здравоохранения North ShoreLIJ за прошедший год для определения возможности использования 3D печати и тканевой инженерии для использования в лечении и замене трахеи. Повреждение трахеи может быть вызвано опухолью, эндотрахеальной интубацией, тупой травмой и другими повреждениями. Сужение и слабость трахеи может произойти, и ее часто трудно восстановить. Существуют два традиционных средства восстановления поврежденной трахеи, но оба метода имеют ограничения. Ли Смит (Lee Smith), доктор медицинских наук, руководитель детской отоларингологии из Детского медицинского центра Коэна и Дэвид Зельцман (David Zeltsman), доктор медицинских наук, руководитель грудной хирургии в еврейском медицинском центре Лонг-Айленда, как часть системы здравоохранения North ShoreLIJ, пришли к г-ну Гольдштейну и Даниилу Гранде (Daniel A. Grande), доктору философии, директору Научно-исследовательской лаборатории ортопедии в Институте Файнштейна, и спросили о возможности предложения решения в 3D печати. Доктора Смит и Зельцман первоначально предположили, что использование 3D печати и тканевой инженерии для выращивания нового хряща для строительства дыхательных путей может быть возможно через 10-20 лет. Г-н Гольдштейн и д-р Гранде сделали это в течение месяца.

1aaaaTrachea

Исследование Института Файнштейна объединило два растущих направления: 3D печать и тканевую инженерию. Тканевая инженерия похожа на другие виды инженерии, исключая использование вместо стали или компьютерного кода для создания вещей, живых клеток из кожи, мускул или хряща в качестве сырья. Исследователи из Института Файнштейна знают как сделать хрящ из смеси клеток, называемых хондроцитами, питательных веществ, чтобы накормить их, и коллагена, который держит все это вместе. Формирование этого хряща в носу или дыхательном горле совсем другое дело. Вот где 3D печать входит в дело. 3D принтер может построить каркас, в который могут быть включены смеси хондроцитов и коллагена, которые затем перерастают в хрящ.

Создание дыхательного горла или трахеи неизведанная территория“, отметил г-н Голдштейн. Он должен быть достаточно жестким, чтобы выдерживать кашель, чихание и другие изменения в давлении, но достаточно гибким, чтобы позволить шеи свободно двигаться. С 3D печатью, мы смогли построить 3D печатный каркас так, что хирурги могли сразу проверить и тогда мы могли бы работать вместе в режиме реального времени, чтобы изменить дизайн. Специалисты 3D печати были чрезвычайно полезными в консультации по оптимизации наших дизайн-файлов, чтобы они напечатались лучше и предоставили рекомендации о том, как изменить экспериментальный 3D принтер для печати PLA и биоматериалом. Мы действительно нашли проекты в интернете, чтобы изменить наш принтер чтобы печатать PLA одним экструдером и биоматериалом другим экструдером. Мы 3D напечатали необходимые детали на другом нашем 3D принтере, и использовали их, чтобы изменить Экспериментальный 3D принтер, так что мы могли бы лучше итерировать и испытать наши идеи .

“Возможность прототипировать, изучать, прикасаться, чувствовать и затем изменить дизайн в течение минут или часов, позволила создание этого типа технологии”, говорит Д-р Смит. “Если бы мы отсылали эти дизайны для печати на коммерческих принтерах и получали бы результаты несколькими неделями позже, мы бы никогда не были там, где мы сегодня”.

Институт Файнштейна рассматривал перед этим и другие 3D принтеры, которые могут экструдировать живые клетки, но опций было мало, а цена высока. Один специальный биопринтер стоит $180000, сумма которую институт не может себе позволить. Они захотели протестировать свою концепцию и посмотреть будет ли она жизнеспособной, таким образом они решили использовать более доступный FDM 3D принтер по цене $2499 и размером умещающимся на рабочем столе.

B8dIBIdIAAAUTEg.jpg large

Изначально, М-р Голдштейн думал использовать специальный PLA пластик для сохранения стерильности и получения возможности растворения в теле. Однако, со временем, он решил использовать обычную PLA нить. “Преимущество PLA в том, что он используется во множестве видов хирургических имплантов”, говорит Д-р. Смит. При тестировании, М-р Голдштейн увидел, что температура экструдера  (220 С) стерилизует PLA во время печати, так что мы получили возможность использовать обычную PLA нить.

Био-чернила, имеющие комнатную температуру, экструдируются во время процесса 3D печати и заполняют пустоты PLA каркаса, и затем затвердевают в гель на подогреваемой платформе 3D принтера. В два дюйма длиной участок дыхательного горла – формой как выдолбленная конфета-батончик – печатается чуть менее двух часов. Как только био-чернила закрепляются на каркасе, он помещается в биореактор, устройство типа духовки-гриль который поддерживает клетки в тепле и равномерном росте. Новый биореактор стоит от $50000 до $150000, так что М-р Голдштейн трансформировал инкубатор под свои нужд, сделал шестерни и другие детали на 3D принтере для создания нового биореактора.

“Исследование сделанное в Институте Файнштейна впечатляющее и многообещающее”, отметили специалисты 3Dпечати. “Мы постоянно под впечатлением того, что создается с помощью 3D принтеров. Знать, что 3D принтеры сыграли роль в прорыве в медицинской сфере, очень вдохновляет”.

Результаты исследования, представленные г-ном Голдштейном и д-ром Зельцманом в Обществе торакальных хирургов, показывают, как 3D напечатанные дыхательное горло или сегменты трахеи находились в течение четырех недель в инкубаторе. По словам  г-на Голдштейна Клетки выжили в процессе 3D печати, смогли продолжить разделение, и произвели внеклеточный матрикс ожидаемый от трахеальных хондроцитов.” Другими словами, они росли так же, как хрящ дыхательного горла.

Институт Файнштейна описывает эту работу как “доказательство концепции.Команде все еще есть над чем работать, прежде чем создать новый протокол для лечения поврежденного дыхательного горла. Медицинские исследования могут потребовать годы, чтобы перейти от скамьи к постели, так же как на утверждения от FDA (US Food and Drug Administration). Однако, если нет общепринятых мер для лечения недуга, FDA имеет исключениесострадательной терапии!, что позволяет пациенту согласиться попробовать экспериментальный подход.

По словам доктора Смита, по крайней мере, один пациент приходит через Норт-ШорLIJ систему здравоохранения каждый год, которому не могут помочь два традиционных метода, и он ожидает, в ближайшие пять лет собирать клетки пациентов, выращивать их на каркасе, и восстанавливать трахею. Это индивидуальный подход может оказаться особенно полезным для лечения детей, говорит д-р Смит. Здесь действительно неограниченное количество размеров и перестановок, вам может понадобиться для восстановления проходимости дыхательных путей у ребенка.”

Говоря о своей работе с 3D печатью, и этим исследованием, г-н Гольдштейн отмечает, что “Это полностью изменило траекторию моей научной карьеры.Г-н Гольдштейн изначально пришел в институт Файнштейна в качестве молекулярного биолога, работая с клетками, химическими веществами и препаратами. Сочетание этих знаний с 3D печатью и погружением в тканевую инженерию явилось тем, что он не ожидал, когда присоединился к Институту Файнштейна.

Сейчас, он специалист по 3D печати в Институте Файнштейна, печатая модели органов для предоперационного планирования и инструменты для лаборатории. Он презентационный автор документов представляемых тысячам хирургов, и подаваемых для получения крупных грантов для продолжения его исследования. “Знание того, что я могу сделать деталь которая спасет жизнь чьего-то ребенка – изменяет всю жизнь”,  сказал м-р Голдштейн.

Этот проект, вероятно, определит мою научную карьеру,” говорит доктор Смит. Поскольку мы производим то, что может заменить сегмент трахеи, мы будем постоянно находиться модификации и оптимизации, правильные биоматериалы, правильный путь связывания клеток с каркасом. 3D печать и тканевая инженерия имеют потенциал замены множества различных частей человеческого тела. Потенциал для создания запасных частей почти безграничен.

Компания поставщик, также снабдила Институт Файнштейна первыми образцами своего только что анонсированного PLA Композитного Пластика из Песчаника (карбоната кальция) и Железа, который будет доступен для приобретения позже в этом году, так что Институт Файнштейна может начать исследование как разработать другие типі тканей, как кости или 3D  печатать пользовательские защитные щиты при обработке радиацией при раке.

“Вы помните сериал Человек За Шесть Миллионов Долларов (Six Million Dollar Man)?” спрашивает д-р Гранде. “Бионический Человек, это не будущее, это настоящее. Мы способны сделать это сейчас. Это действительно захватывающе.”

Если Вас заинтересовало данное исследование, Вы можете связаться со специалистами компании Смартпринт для получения дополнительных консультаций по оборудованию и технологии.

No Comments

Post A Comment