Сердечные имплантаты, изготовленные с помощью 3D принтера

Изготовленные по индивидуальному заказу медицинские устройства смогут представить более детальную картину состояния сердца и станут более точными в предсказании и предупреждении сердечных болезней.

Поэтический факт биологии заключается в том, что сердце каждого человека имеет индивидуальный размер и форму, свойственную только этому человеку. Но современные сердечные имплантаты – медицинские устройства как измеритель пульсометров или дефибрилляторов – являются универсальными. Среди прочего, это означает, что данные приборы, которые являются спасением для пациентов, ограничены в своих функциях.
Недавно, исследователи продемонстрировали новый вид персонифицированного монитора сердечного ритма. Для этого они, применяя 3D печать, использовали снимки сердца животных для создания модели органа. Затем они прикрепили эластичные электросхемы на данные модели. Эластичный материал может быть удален с напечатанной модели и обернут вокруг живого сердца для более идеального крепления.

Группа исследователей интегрировала огромное количество компонентов в данные устройства, демонстрируя эластичный ряд датчиков, оксигенаторов, тензодатчиков, электродов и термометров, для идеального обертывания вокруг сердца, что поможет пациентам проводить более детальный мониторинг сердечного состояния и лечения.
Один из устройств, которому требуется доработка – имплантируемый дефибриллятор, который прикрепляется к отказавшему сердцу и использует данные, полученные от одного или двух электродов, и помогает определить нормальный ритм после применения электрошока. С информацией, полученной из одной или двух точек, электроника в таких системах может предоставлять искаженные данные, в результате чего пациент может получить болезненный лишний электрический удар, говорит Igor Efimov, кардиофизиолог и биоинженер из Университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University in St. Louis).

«Следующим шагом является создание устройства с многофункциональными, а не только электрическими датчиками» – говорит Efimov. Датчики, которые определяют кислую среду, например, могут определить на ранней стадии закупорку коронарной артерии. В данное время, светодиоды и датчики света могут предоставлять информацию о состоянии сердечной мышцы с помощью определения участков, в которых наблюдается поток крови со слабой насыщаемостью кислорода, которая под воздействием света менее прозрачна. Датчики света даже могут помочь определить сердечный приступ, поскольку фермент НАДН (NADН), который накапливается при сердечных приступах, по природе прозрачный.

Efimov сотрудничает над разработкой более ´умных´ сердечных имплантатов с John Rogers, исследователем материалов в Иллинойском университете в Урбане-Шампейне (University of Illinois at Urbana-Champaign), который ранее создал широкие листы тонкой эластичной электроники и показал, что они могут прикрепляться на сердце и других тканях для контроля электрической активности и других функций. Задачей данного сотрудничества Efimov и Rogers, а также его компанией MC10, является работа по интеграции разных видов датчиков на гибких, биологически-совместимых материалах.

Для создания нового сердечного имплантата, исследователи объединили несколько видов датчиков на одном листе, форма которого позволяет идеальное крепление датчика на поверхность сердца. «До этого мы предварительно изготовим его на плоской поверхности», говорит Yonggang Huang, инженер-технолог из Северо-Западного Университета в Эванстоуне, Иллинойс (Northwestern University in Evanston), который помогает в проектировании эластичной электроники. Однако на ровной поверхности материала могут появиться складки, когда он обертывается вокруг сердца.

Для устранения складок, которые могут прервать связь между живой тканью и электроникой, команда Ефимова создала устройство на напечатанной на 3D принтере модели из пластика, спроектированной с использованием изображения формы сердца пациента. Они создали действующее устройство на вершине модели из пластика, сначала проложив слой датчиков и электроники (а также электропроводку для связи между ними) и затем покрыли их эластичным полимером, утвержденным FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов). В конечном итоге, поверхностный слой может быть снят и устройство может быть обернуто вокруг сердца.

Для демонстрации своей разработки, исследователи использовали оптические изображения сердца кроликов. Для создания подобных устройств пациентам необходимо провести компьютерную томографию и МРТ. Работа исследователей была описана недавно в журналеNature Communications.

Nicholas Peters, глава кардиоэлектрофизиологии в Имперском колледже Лондона (Imperial College London) утверждает, что новое оборудование сможет с высокой точностью измерить одновременно многие функции сердца – т.е. те функции, измерение которых было недостижимым до сегодняшнего момента. Доктора смогут использовать листы для отображения не только электрической активности, но и механической функции и других составляющих здоровья сердца, говорит он.

«Ученые долго искали такой уровень точности совмещенных измерений электрических и механических функций сердца», говорит Peters. «Данный подход позволяет незамедлительное внедрение технологии для клинического применения при лечении болезней сердца».

«3D печать позволяет изготавливать устройства для каждого пациента индивидуально», говоритZhenan Bao, материаловед из Стэнфордского Университета. Устройства, созданные с помощью процесса производства по индивидуальному заказу, будут иметь более высокую стоимость в сравнении с массово произведенными медицинскими устройствами, но для такого вида устройств, которые являются вопросом жизни или смерти, рынок, скорее всего, сможет перенести такую стоимость, говорит Bao. При исследовании животных объем и качество данных, полученных с помощью широких листов с датчиками, является впечатляющим, констатирует он.
На данный момент, исследователи протестировали инновационную технологию на сокращающемся сердце кроликов вне тела. Следующими шагами будет демонстрация того, как эти устройства могут работать внутри животных, а затем у людей.

Источник MIT

http://vrpb.net/serdechnye-implantaty-napechatannye-s-pomoshhyu-3d-printera/#more-2908