Co roku tysiące Amerykanów, głównie w wieku powyżej 75 lat, wymaga wymiany zastawki aortalnej. Teraz wydrukowane w 3D modele aorty specyficzne dla danego pacjenta mogą pomóc w planowaniu przedoperacyjnym i poprawić wyniki minimalnie inwazyjnej wymiany zastawki.

Drukowany w 3D model aorty pacjenta
Drukowany w 3D model aorty pacjenta. Model specyficzny dla pacjenta obejmuje anatomię uszkodzonych płatków zastawki aortalnej, gdzie zostanie wstawiona zastawka zastępcza. Model zawiera zintegrowane czujniki, które pomagają w pozycjonowaniu zastawki zastępczej. Credit: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28 Aug 2020 (ref. 2)

Lewa komora serca pełni ważną funkcję polegającą na przepychaniu świeżej, natlenionej krwi do aorty, która następnie rozprowadza krew po całym organizmie. Zastawka aortalna otwiera się, gdy krew jest przepychana przez aortę, a następnie zamyka się, aby krew nie mogła cofać się do serca. Zwężenie zastawki aortalnej to stan, w którym zastawka aortalna z czasem staje się wąska, co powoduje, że serce musi pracować ciężej – stan, który może prowadzić do niewydolności serca.

Transkatektomiczna wymiana zastawki aortalnej (TAVR) to procedura, w której sztuczna zastawka serca jest przewlekana cewnikiem przez aortę i rozszerzana – podobnie jak parasolka – w celu zastąpienia niewydolnej zastawki aortalnej. TAVR jest coraz częściej stosowana, ponieważ jest to procedura minimalnie inwazyjna, która jest znacznie bezpieczniejsza niż operacja na otwartym sercu u pacjentów w podeszłym wieku, którzy wymagają tej procedury. Jednakże, z powodu nieregularności chorej zastawki i specyficznych dla pacjenta konturów aorty, uzyskanie idealnego szczelnego dopasowania i optymalnego umiejscowienia nowej zastawki nie zawsze jest zapewnione.

Teraz inżynierowie z Uniwersytetu Minnesoty, finansowani przez NIBIB, pod kierownictwem Michaela McAlpine’a, który posiada tytuł Kuhrmeyer Family Chair Professorship na Wydziale Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Minnesoty, dokonali znaczącego postępu w kierunku poprawy TAVR, drukując w 3D precyzyjny model chorej zastawki pacjenta i otaczających ją części aorty. Ten fizyczny model regionu – znanego jako korzeń aorty – pozwala lekarzom przećwiczyć procedurę wymaganą dla każdego pacjenta, umożliwiając im zidentyfikowanie właściwego rozmiaru zastawki zastępczej i określenie dokładnego umiejscowienia w aorcie, które zapewni najlepsze dopasowanie i funkcjonowanie.

Drukowany w 3D model aorty pacjenta
Zobacz film z procesu druku 3D.

„Ponieważ populacja USA starzeje się, liczba osób powyżej 75 roku życia wymagających wymiany zastawki za pomocą TAVR będzie nadal rosła”, wyjaśnił Michael Wolfson, dyrektor programu NIBIB w systemach bionicznych. „Możliwość tworzenia specyficznych dla pacjenta modeli korzenia aorty jest ważnym osiągnięciem, które może poprawić wskaźnik powodzenia tego wymagającego zabiegu i znacznie zmniejszyć ryzyko powikłań pooperacyjnych.”

Chociaż modele korzenia aorty były już wcześniej wykorzystywane do planowania chirurgicznego, modele stworzone dzięki zaawansowanej technice druku 3D są znacznie bardziej realistyczne pod względem tekstury i elastyczności. Innym unikalnym aspektem tych modeli jest wbudowanie czujników w ścianę aorty. Czujniki te zapewniają informację zwrotną, która pozwala lekarzom uniknąć wywierania nadmiernego nacisku przez zastawkę na drogę przewodzenia, która kontroluje rytm serca. Zbyt duży nacisk może spowodować nieprawidłowy rytm serca i natychmiastową konieczność wszczepienia pacjentowi stałego rozrusznika serca.

Model aorty z wszczepioną zastawką zastępczą w pobliżu zintegrowanych czujników
Sztuczna zastawka rozprężona wewnątrz korzenia aorty w celu zastąpienia wadliwej zastawki natywnej. Credit: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28 Aug 2020 (ref. 2)

Zespół inżynierów wykorzystuje tomografię komputerową serca pacjenta do odtworzenia dokładnego kształtu obszaru korzenia aorty. Następnie są one drukowane 3D przy użyciu specjalistycznych farb na bazie silikonu, które odpowiadają odczuciom prawdziwej tkanki serca. Miękkie czujniki elektryczne, które dają informację zwrotną o ciśnieniu, są również drukowane 3D w modelu i są wykonane z przewodzącego hydrożelu.

„Ten proces drukowania 3D został zaprojektowany, aby pomóc lekarzom poprawić wyniki procedury TAVR i może również pomóc pacjentom w lepszym zrozumieniu ich anatomii i sposobu działania procedury” powiedział McAlpine. Ponieważ inżynierowie nadal doskonalą techniki druku 3D i tworzą jeszcze bardziej realistyczne modele narządów, McAlpine przewiduje, dokąd takie technologie mogą doprowadzić. „W przyszłości, gdy nasze wydrukowane w 3D modele będą zawierały więcej aspektów funkcjonowania narządów, widzimy potencjał, aby same modele mogły być kiedyś używane jako sztuczne narządy zastępcze.”

Praca została opisana w czasopiśmie Science Advances1. Finansowanie zostało zapewnione poprzez granty z National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (DP2EB020537), Medtronic plc, oraz program MnDRIVE na Uniwersytecie Minnesoty.

1. Drukowane w 3D modele korzenia aorty z czujnikami wewnętrznymi dla zastosowań minimalnie inwazyjnych. 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

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.