Drukowane 3D zastawki serca z silikonu
Zespół naukowców z ETH Zurich nawiązał współpracę z południowoafrykańską firmą Strait Access Technologies w celu stworzenia sztucznych, drukowanych 3D zastawek serca z silikonu. Mogłyby one służyć jako zastawki zastępcze dla starzejącej się populacji – stanowią realne rozwiązanie, ponieważ są łatwiejsze w produkcji i znacznie bardziej dostępne niż te, które już dziś istnieją na rynku.
Według badań opublikowanych przez Sewell-Loftin MK, 850.000 ludzi na całym świecie będzie potrzebowało sztucznych zastawek serca do 2050 roku z powodu starzenia się populacji, braku ćwiczeń fizycznych i złego odżywiania. Produkcja addytywna może stanowić sposób na zaspokojenie tej ważnej potrzeby: w sektorze medycznym pozwala ona na spersonalizowanie każdego urządzenia do potrzeb pacjenta. Moglibyśmy więc mieć zastawki drukowane w 3D, zaprojektowane zgodnie z sercem każdego człowieka. ETH Zurich i Strait Access Technologies przewidują to zapotrzebowanie, przeprowadzając wstępne testy silikonowe.
Credits: Fergal Coulter / ETH Zurich
Przed wyjaśnieniem procesu tworzenia tych drukowanych w 3D zastawek, ważne jest, aby przejrzeć ich rolę. Nasze serce składa się z czterech komór, a każda z nich posiada zastawkę, która umożliwia przepływ krwi tylko w jednym kierunku. Jeśli jedna z czterech zastawek nie działa prawidłowo (przeciek, zwężenie, rozciągnięcie), krew wraca do przedsionków lub komór, osłabiając serce. Z tego powodu obserwuje się arytmię i niewydolność serca. W tym miejscu z pomocą przychodzą sztuczne zastawki: można je wszczepić, aby zapewnić dobry przepływ krwi.
Zastawka wydrukowana w 3D w mniej niż dwie godziny
Wszystko zaczyna się od tomografii komputerowej aorty pacjenta: umożliwia to bardzo dokładne określenie kształtu i rozmiaru niewydolnej zastawki serca. Dane te są następnie przekształcane w cyfrowy model, na którym obliczane są siły działające na zastawkę serca i jej potencjalne odkształcenia. Naukowcy wyjaśniają, że druk 3D sztucznej zastawki zajmuje 1,5 godziny (w porównaniu do kilku dni w przypadku tradycyjnie zaprojektowanej zastawki). Zdecydowali się na silikon, ponieważ jest to materiał kompatybilny z ludzkim ciałem – wydrukowana w 3D zastawka może być następnie wzmocniona włóknami kolagenowymi, które dodają jej grubości. Zespół twierdzi, że przepływ krwi przez wydrukowaną w 3D sztuczną zastawkę serca jest tak dobry, jak w przypadku tradycyjnie wykonanej zastawki.
Skan 3D aorty pacjenta | Photo Credit: Fergal Coulter / ETH Zurich
W ostatecznym rozrachunku celem będzie wydłużenie żywotności tych zastępczych zastawek z 10 do 15 lat. Obecnie taka jest żywotność sztucznych zastawek u pacjentów, zanim trzeba będzie je wymienić. Manuel Schaffner, jeden z uczestników badania, wyjaśnia: „Byłoby wspaniale, gdybyśmy pewnego dnia mogli wyprodukować zastawki serca, które wytrzymałyby całe życie, a nawet mogłyby rosnąć wraz z pacjentem, tak aby można je było wszczepiać także młodym ludziom”. Należy zauważyć, że obecnie większość pacjentów musi dożywotnio przyjmować leki immunosupresyjne lub przeciwzakrzepowe, aby zapobiec odrzuceniu sztucznej zastawki przez organizm, co powoduje poważne skutki uboczne. Produkcja addytywna mogłaby zatem całkowicie wyeliminować to ryzyko.”
Zastawka drukowana w 3D
Pierwsze wyniki są zachęcające, ale minie kolejne 10 lat, zanim sztuczne zastawki serca drukowane w 3D znajdą się na rynku. Naukowcy muszą przeprowadzić wiele prób klinicznych. Wyjaśniają, że przeprowadzają kilka testów materiałowych, aby ustalić, które materiały najbardziej przedłużają żywotność sztucznej zastawki. Więcej informacji można znaleźć na oficjalnej stronie ETH Zurich TUTAJ.
Proces drukowania 3D silikonu | Credits: Fergal Coulter / ETH Zurich)
.