3D-utskrivna hjärtklaffar av silikon
En grupp forskare från ETH Zürich har samarbetat med det sydafrikanska företaget Strait Access Technologies för att skapa konstgjorda 3D-utskrivna hjärtklaffar av silikon. Dessa skulle kunna fungera som ersättningsventiler för en åldrande befolkning – de utgör en genomförbar lösning eftersom de är lättare att tillverka och mycket mer lättillgängliga än de som redan finns på marknaden idag.
Enligt en studie som publicerats av Sewell-Loftin MK kommer 850 000 människor världen över att behöva konstgjorda hjärtklaffar år 2050 på grund av en åldrande befolkning, brist på fysisk träning och dålig kost. Additiv tillverkning skulle kunna vara ett sätt att tillgodose detta viktiga behov: inom den medicinska sektorn gör den det möjligt att anpassa varje anordning till patienten. Vi skulle alltså kunna få 3D-utskrivna klaffar som är utformade efter varje persons hjärta. ETH Zürich och Strait Access Technologies förutser denna efterfrågan genom att utföra inledande silikonprov.
Credits: Fergal Coulter / ETH Zürich
För att förklara processen för att skapa dessa 3D-printade ventiler är det viktigt att se över deras roll. Vårt hjärta består av fyra kamrar, var och en med en ventil som gör att blodflödet endast kan röra sig i en riktning. Om en av de fyra klaffarna inte fungerar som den ska (läckage, förträngning, utbredning) återvänder blodet till förmaken eller kamrarna, vilket försvagar hjärtat. Detta är anledningen till att arytmier och hjärtsvikt observeras. Det är här som konstgjorda klaffar kommer in: de kan sättas in för att säkerställa ett bra blodflöde.
En 3D-utskriven klaff på mindre än två timmar
Det hela börjar med en datortomografi av patientens aorta: detta gör det möjligt att mycket exakt bestämma formen och storleken på den sviktande hjärtklaffen. Uppgifterna omvandlas sedan till en digital modell som används för att beräkna de krafter som verkar på hjärtklaffen och dess potentiella deformation. Forskarna förklarar att det sedan tar 1,5 timmar att 3D-printa den konstgjorda klaffen (jämfört med flera dagar för en traditionellt utformad klaff). De valde silikon eftersom det är ett material som är kompatibelt med människokroppen – den 3D-utskrivna klaffen kan sedan förstärkas med kollagenfibrer som ger tjocklek. Teamet säger att blodflödet genom den 3D-utskrivna konstgjorda hjärtklaffen är lika bra som för en traditionellt tillverkad klaff.
Den 3D-scanning som gjorts av patientens aorta | Foto: Fergal Coulter / ETH Zürich
I slutändan är målet att förlänga livslängden för dessa ersättningsklaffar från 10 till 15 år. För närvarande är detta livslängden för konstgjorda ventiler hos patienter innan de behöver bytas ut. Manuel Schaffner, en av deltagarna i studien, förklarar: ”Det skulle vara fantastiskt om vi en dag kunde tillverka hjärtklaffar som håller hela livet och till och med kan växa med patienten, så att de även kan implanteras hos unga människor. Det bör noteras att de flesta patienter i dag måste ta immunosuppressiva eller antikoagulantia hela livet för att förhindra att kroppen stöter bort den konstgjorda klaffen, vilket ger betydande negativa biverkningar. Additiv tillverkning skulle därför helt kunna eliminera denna risk.”
3D-printad klaff
De första resultaten är uppmuntrande, men det kommer att ta ytterligare tio år innan konstgjorda 3D-printade hjärtklaffar finns på marknaden. Forskarna måste genomföra många kliniska prövningar. De förklarar att de utför flera materialtester för att avgöra vilka material som förlänger den konstgjorda klaffens livslängd mest. Du hittar mer information på ETH Zürichs officiella webbplats HÄR.
Silikon 3D-utskriftsprocessen | Credits: Citat: Fergal Coulter / ETH Zürich)