Elk jaar moeten duizenden Amerikanen, meestal ouder dan 75 jaar, hun aortaklep vervangen. Nu kunnen 3D-geprinte patiëntspecifieke modellen van de aorta helpen bij de preoperatieve planning en de resultaten van minimaal invasieve klepvervanging verbeteren.

3D-geprint model van aorta van patiënt
3D-geprint model van het aortagebied van een patiënt. Het patiëntspecifieke model bevat de anatomie van de beschadigde bladen van de aortaklep, waar de vervangende klep zal worden ingebracht. Het model bevat geïntegreerde sensoren die helpen bij de positionering van de vervangingsklep. Credit: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28 Aug 2020 (ref. 2)

De linkerkamer van het hart heeft de belangrijke functie om vers zuurstofrijk bloed naar de aorta te stuwen, die het bloed vervolgens door het lichaam verdeelt. De aortaklep gaat open wanneer het bloed erdoor wordt gestuwd en sluit zich vervolgens zodat het bloed niet terug het hart in kan stromen. Aortastenose is een aandoening waarbij de aortaklep in de loop der tijd vernauwd is geraakt, waardoor het hart harder moet werken – een aandoening die tot hartfalen kan leiden.

Transkatheter aortaklepvervanging (TAVR) is een procedure waarbij een kunstmatige hartklep met een katheter door de aorta wordt geleid en wordt opengezet – een beetje zoals het openen van een paraplu – om een falende aortaklep te vervangen. TAVR wordt steeds vaker toegepast omdat het een minimaal invasieve procedure is die veel veiliger is dan een open hartoperatie voor de overwegend oudere patiënten die de procedure nodig hebben. Vanwege de onregelmatigheden van de zieke klep en de patiëntspecifieke contouren van de aorta is een perfecte lekvrije pasvorm en optimale plaatsing van de nieuwe klep echter niet altijd verzekerd.

Nu hebben door het NIBIB gefinancierde ingenieurs van de Universiteit van Minnesota, onder leiding van Michael McAlpine, die het Kuhrmeyer Family Chair Professorship bekleedt in het Department of Mechanical Engineering van de Universiteit van Minnesota, aanzienlijke vooruitgang geboekt in de verbetering van TAVR door een nauwkeurig model van de zieke klep van een patiënt en de omliggende delen van de aorta 3D te printen. Dit fysieke model van het gebied – bekend als de aortawortel – stelt artsen in staat om de procedure die nodig is voor elke patiënt te oefenen, waardoor ze de juiste maat vervangende klep kunnen bepalen en de exacte plaatsing in de aorta kunnen bepalen die de beste pasvorm en functie zal geven.

3D-geprint model van aorta van patiënt
Bekijk de video van het 3D-printproces.

“Naarmate de bevolking in de VS vergrijst, zal het aantal mensen ouder dan 75 dat een klepvervanging met behulp van TAVR nodig heeft, blijven toenemen”, aldus Michael Wolfson, directeur van het NIBIB-programma voor bionische systemen. “De mogelijkheid om patiëntspecifieke modellen van de aortawortel te maken is een belangrijke ontwikkeling die het succespercentage van deze uitdagende procedure zou kunnen verbeteren en de risico’s op postoperatieve complicaties aanzienlijk zou kunnen verminderen.”

Hoewel aortawortelmodellen eerder zijn gebruikt voor chirurgische planning, zijn de modellen die zijn gemaakt door de geavanceerde 3D-printtechniek veel levensechter qua textuur en elasticiteit. Een ander uniek aspect van deze modellen is de integratie van sensoren in de wand van de aorta. De sensoren geven feedback waardoor artsen kunnen voorkomen dat de vervangende klep te veel druk uitoefent op de geleidingsbaan die het hartritme regelt. Te veel druk kan leiden tot abnormale hartritmes en de onmiddellijke noodzaak om een permanente pacemaker bij de patiënt te implanteren.

Model van aorta met vervangende klep ingebracht in de buurt van geïntegreerde sensoren
Kunstmatige klep uitgebreid binnen in de aortawortel om de defecte natieve klep te vervangen. Credit: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28 Aug 2020 (ref. 2)

Het ingenieursteam gebruikt CT-scans van het hart van de patiënt om de exacte vorm van het gebied rond de aortawortel te reconstrueren. Vervolgens worden ze 3D-geprint met gespecialiseerde inkten op siliconenbasis die het gevoel van echt hartweefsel evenaren. De zachte elektrische sensoren die drukfeedback geven, worden ook 3D-geprint in het model en zijn gemaakt van een geleidende hydrogel.

“Dit 3D-printingproces is ontworpen om artsen te helpen de uitkomsten van de TAVR-procedure te verbeteren en kan ook helpen patiënten een duidelijker inzicht te geven in hun anatomie en hoe de procedure werkt”, aldus McAlpine. Naarmate ingenieurs 3D-printtechnieken blijven verbeteren en nog levensechter modellen van organen maken, ziet McAlpine waar dergelijke technologieën toe kunnen leiden. “In de toekomst, als onze 3D-geprinte modellen meer aspecten van orgaanfunctie bevatten, zien we het potentieel voor de modellen zelf om op een dag te worden gebruikt als kunstmatige vervangende organen.”

Het werk werd gerapporteerd in het tijdschrift Science Advances1. Financiering werd verstrekt via subsidies van het National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (DP2EB020537), Medtronic plc, en het MnDRIVE-programma aan de Universiteit van Minnesota.

1. 3D-geprinte patiëntspecifieke aortawortelmodellen met interne sensoren voor minimaal invasieve toepassingen. 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/

Reageren

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.