În fiecare an, mii de americani, majoritatea cu vârsta de peste 75 de ani, au nevoie de înlocuirea valvei aortice. Acum, modelele de aortă tipărite 3D specifice pacientului pot ajuta la planificarea preoperatorie și pot îmbunătăți rezultatele înlocuirii minim invazive a valvei.

Model imprimat 3D al aortei pacientului
Model imprimat 3D al regiunii aortice a unui pacient. Modelul specific pacientului include anatomia pliantelor deteriorate ale valvei aortice, în care va fi introdusă valva de înlocuire. Modelul include senzori integrați care ajută la ghidarea poziționării valvei de înlocuire. Credit: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28 aug. 2020 (ref. 2)

Ventriculul stâng al inimii are funcția importantă de a împinge sângele proaspăt oxigenat către aortă, care distribuie apoi sângele în tot corpul. Valva aortică se deschide pe măsură ce sângele este împins prin ea și apoi se închide pentru ca sângele să nu se poată întoarce înapoi în inimă. Stenoza aortică este o afecțiune în care valva aortică s-a îngustat în timp, determinând inima să lucreze mai mult – o afecțiune care poate duce la insuficiență cardiacă.

Înlocuirea transcateterică a valvei aortice (TAVR) este o procedură prin care o valvă cardiacă artificială este introdusă cu un cateter prin aortă și expandată – la fel ca deschiderea unei umbrele – pentru a înlocui o valvă aortică insuficientă. TAVR este utilizat din ce în ce mai des, deoarece este o procedură minim invazivă, mult mai sigură decât o operație pe cord deschis pentru pacienții predominant vârstnici care necesită această procedură. Cu toate acestea, din cauza neregularităților valvei bolnave și a contururilor aortei specifice fiecărui pacient, nu este întotdeauna asigurată o potrivire perfectă, fără scurgeri, și o poziționare optimă a noii valve.

Acum, inginerii finanțați de NIBIB din cadrul Universității din Minnesota, conduși de Michael McAlpine, care deține catedra Kuhrmeyer Family Chair Professorship în cadrul Departamentului de Inginerie Mecanică al Universității din Minnesota, au făcut progrese semnificative în direcția îmbunătățirii TAVR prin imprimarea 3D a unui model precis al valvei bolnave a unui pacient și a părților înconjurătoare ale aortei. Acest model fizic al regiunii – cunoscută sub numele de rădăcina aortică – le permite medicilor să exerseze procedura necesară pentru fiecare pacient, permițându-le să identifice valva de înlocuire de mărimea potrivită și să determine plasarea exactă în aortă care va oferi cea mai bună potrivire și funcționare.

Model imprimat 3D al aortei pacientului
Veziți videoclipul procesului de imprimare 3D.

„Pe măsură ce populația SUA îmbătrânește, numărul persoanelor de peste 75 de ani care au nevoie de înlocuirea valvei cu ajutorul TAVR va continua să crească”, a explicat Michael Wolfson, director al programului NIBIB în sisteme bionice. „Capacitatea de a crea modele ale rădăcinii aortice specifice pacientului este o evoluție majoră care ar putea îmbunătăți rata de succes a acestei proceduri dificile și ar putea reduce în mod semnificativ riscurile de complicații postoperatorii.”

Deși modelele rădăcinii aortice au fost folosite anterior pentru planificarea chirurgicală, modelele create prin tehnica avansată de imprimare 3D sunt mult mai realiste în ceea ce privește textura și elasticitatea. Un alt aspect unic al acestor modele este încorporarea de senzori în peretele aortei. Senzorii oferă un feedback care le permite medicilor să evite aplicarea unei presiuni excesive de către valva de înlocuire asupra căii de conducere care controlează ritmul cardiac. O presiune prea mare poate cauza ritmuri cardiace anormale și necesitatea imediată de a implanta un stimulator cardiac permanent la pacient.

Model de aortă cu valva de înlocuire inserată în apropierea senzorilor integrați
Valva artificială extinsă în interiorul rădăcinii aortice pentru a înlocui valva nativă defectă. Credit: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28 aug. 2020 (ref. 2)

Echipa de ingineri utilizează scanări CT ale inimii pacientului pentru a recrea forma exactă a regiunii rădăcinii aortice. Acestea sunt apoi imprimate 3D cu cerneluri specializate pe bază de silicon care se potrivesc cu senzația țesutului cardiac real. Senzorii electrici moi care oferă feedback de presiune sunt, de asemenea, imprimați 3D în model și sunt realizați dintr-un hidrogel conductor.

„Acest proces de imprimare 3D a fost conceput pentru a ajuta medicii să îmbunătățească rezultatele procedurii TAVR și poate ajuta, de asemenea, să ofere pacienților o înțelegere mai clară a anatomiei lor și a modului în care funcționează procedura”, a declarat McAlpine. Pe măsură ce inginerii continuă să îmbunătățească tehnicile de imprimare 3D și să creeze modele de organe și mai realiste, McAlpine preconizează unde ar putea duce astfel de tehnologii. „În viitor, pe măsură ce modelele noastre tipărite 3D încorporează mai multe aspecte ale funcției organelor, vedem potențialul ca modelele în sine să fie folosite într-o zi ca organe artificiale de înlocuire.”

Lucrarea a fost raportată în revista Science Advances1. Finanțarea a fost asigurată prin intermediul unor granturi de la National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (DP2EB020537), Medtronic plc și programul MnDRIVE de la Universitatea din Minnesota.

1. Modele de rădăcină aortică tipărite 3D specifice pacientului cu senzori interni pentru aplicații minim invazive. 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

Adresa ta de email nu va fi publicată.