Každý rok potřebují tisíce Američanů, většinou starších 75 let, vyměnit aortální chlopeň. Nyní mohou 3D tištěné modely aorty specifické pro pacienta pomoci při předoperačním plánování a zlepšit výsledky minimálně invazivní výměny chlopně.

3D tištěný model aorty pacienta
3D tištěný model aorty pacienta. Model pro konkrétního pacienta zahrnuje anatomii poškozených lístků aortální chlopně, kam bude vložena náhradní chlopeň. Model obsahuje integrované senzory, které pomáhají řídit polohování náhradní chlopně. Kredit: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28. 8. 2020 (ref. 2)

Levá srdeční komora má důležitou funkci vytlačování čerstvé okysličené krve do aorty, která pak rozvádí krev do celého těla. Aortální chlopeň se při protlačování krve otevírá a poté se uzavírá, aby se krev nemohla vrátit zpět do srdce. Aortální stenóza je stav, kdy se aortální chlopeň časem zúží, což způsobí, že srdce musí pracovat více – stav, který může vést k srdečnímu selhání.

Transkatetrová náhrada aortální chlopně (TAVR) je zákrok, při kterém je umělá srdeční chlopeň provlečena katétrem skrz aortu a rozšířena – podobně jako při otevření deštníku – aby nahradila selhávající aortální chlopeň. TAVR se používá stále častěji, protože se jedná o minimálně invazivní zákrok, který je pro převážně starší pacienty, kteří tento zákrok vyžadují, mnohem bezpečnější než otevřená operace srdce. Vzhledem k nepravidelnostem nemocné chlopně a specifickým konturám aorty však není vždy zajištěno dokonalé těsné uložení a optimální umístění nové chlopně.

Nyní inženýři z Minnesotské univerzity financovaní NIB pod vedením Michaela McAlpina, který je profesorem na katedře Kuhrmeyer Family Chair na katedře strojního inženýrství Minnesotské univerzity, učinili významný pokrok směrem ke zlepšení TAVR díky 3D tisku přesného modelu pacientovy nemocné chlopně a okolních částí aorty. Tento fyzický model oblasti – známé jako kořen aorty – umožňuje lékařům nacvičit postup potřebný pro každého pacienta, což jim umožní určit správnou velikost náhradní chlopně a určit přesné umístění v aortě, které zajistí nejlepší přizpůsobení a funkci.

3D tištěný model aorty pacienta
Podívejte se na video z procesu 3D tisku.

„Vzhledem ke stárnutí americké populace bude počet osob starších 75 let, které budou potřebovat výměnu chlopně pomocí TAVR, nadále růst,“ vysvětlil Michael Wolfson, ředitel programu NIBIB v oblasti bionických systémů. „Schopnost vytvářet modely kořene aorty specifické pro pacienta je významným pokrokem, který by mohl zlepšit úspěšnost tohoto náročného zákroku a výrazně snížit riziko pooperačních komplikací.“

Ačkoli modely kořene aorty byly již dříve používány pro plánování operací, modely vytvořené pokročilou technikou 3D tisku mají mnohem realističtější strukturu a pružnost. Dalším jedinečným aspektem těchto modelů je zabudování senzorů do stěny aorty. Senzory poskytují zpětnou vazbu, která lékařům umožňuje zabránit působení nadměrného tlaku náhradní chlopně na vodivou dráhu, která řídí srdeční rytmus. Příliš velký tlak může způsobit abnormální srdeční rytmus a okamžitou potřebu implantovat pacientovi trvalý kardiostimulátor.

Model aorty s vloženou náhradní chlopní v blízkosti integrovaných senzorů
Umělá chlopeň rozšířená uvnitř kořene aorty, která nahrazuje vadnou původní chlopeň. Kredit: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28. 8. 2020 (ref. 2)

Tým inženýrů používá CT snímky srdce pacienta k obnovení přesného tvaru oblasti kořene aorty. Poté je vytiskne 3D tiskem pomocí specializovaných inkoustů na bázi silikonu, které odpovídají na dotek skutečné srdeční tkáni. Měkké elektrické senzory, které poskytují tlakovou zpětnou vazbu, jsou rovněž vytištěny na 3D modelu a jsou vyrobeny z vodivého hydrogelu.

„Tento proces 3D tisku byl navržen tak, aby pomohl lékařům zlepšit výsledky zákroku TAVR a může také pomoci pacientům lépe pochopit jejich anatomii a fungování zákroku,“ uvedl McAlpine. Vzhledem k tomu, že inženýři nadále zdokonalují techniky 3D tisku a vytvářejí ještě realističtější modely orgánů, McAlpine předpokládá, kam by tyto technologie mohly vést. „V budoucnu, až naše modely vytištěné na 3D tiskárně zahrnou více aspektů funkce orgánů, vidíme potenciál pro to, aby se samotné modely jednou používaly jako umělé náhradní orgány.“

O práci informoval časopis Science Advances1. Financování bylo zajištěno prostřednictvím grantů Národního institutu biomedicínského zobrazování a bioinženýrství (DP2EB020537), společnosti Medtronic plc a programu MnDRIVE na Minnesotské univerzitě.

1. 3D tištěné modely kořene aorty specifické pro pacienta s vnitřními senzory pro minimálně invazivní aplikace. Haghiashtiani G, Qiu K, Zhingre Sanchez JD, Fuenning ZJ, Nair P, Ahlberg SE, Iaizzo PA, McAlpine MC. Sci Adv. 2020 Aug 28;6(35):eabb4641. doi: 10.1126/sciadv.abb464

2. https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

.

Leave a comment

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.