Напечатанный на 3D-принтере  сердечный клапан способствует регенерации тканей

Ежегодно более чем у 5 миллионов человек в США диагностируется заболевание сердечных клапанов, и такие нарушения часто не поддаются эффективному долгосрочному лечению. Как правило, замена и восстановление клапанов являются единственными методами лечения тяжелых пороков сердца, но и те, и другие часто требуют повторных сложных и дорогостоящих операций.

Большинство сменных клапанов изготавливаются из тканей животных и служат до 10-15 лет, после чего их необходимо заменить. Для педиатрических пациентов возможности крайне ограничены и могут потребоваться многократные вмешательства.

Исследователи факультета биомедицинской инженерии имени Уоллеса Х. Коултера (BME) Технологического института Джорджии представили напечатанный на 3D-принтере сердечный клапан, изготовленный из биорезорбируемых материалов и разработанный с учетом уникальной анатомии конкретного пациента. После имплантации клапаны будут «врастать» в организм и заменятся новой тканью, которая будет выполнять функцию, которую когда-то выполняло устройство. Результаты исследования опубликованы на сайте Технологического института Джорджии.

«Данная технология сильно отличается от большинства существующих сердечных клапанов», - говорит профессор Даси из BME, ведущая исследовательница в области функции и механики сердечных клапанов, - «Мы уходим от использования недолговечных устройств из тканей животных и вступаем в новую эру, когда сердечный клапан может регенерироваться внутри пациента».

В педиатрии одна из самых больших проблем заключается в том, что дети растут, и их сердечные клапаны со временем меняют размер. Из-за этого маленьким пациентам приходится проходить несколько операций по восстановлению клапанов по мере их роста. Благодаря новой технологии пациент потенциально может вырастить новую ткань клапана и не беспокоиться о множественных заменах клапанов в будущем

Хотя в настоящее время уже существуют сердечные клапаны, напечатанные на 3D-принтере, и биорезорбируемые материалы использовались для имплантатов раньше, это первый случай, когда две технологии были объединены для создания одного устройства из рассасывающегося материала с памятью формы.

«С самого начала концепция проекта заключалась в том, чтобы отойти от подхода «один размер подходит большинству», который существовал при проектировании и производстве сердечных клапанов, и перейти к имплантату для конкретного пациента», - объясняют ученые

Исследование включало поиск подходящего материала и тестирование различных прототипов. Сердечный клапан был напечатан на 3D-принтере с использованием биосовместимого материала под названием поли (додекандиоат глицерина).

Клапан обладает памятью формы, поэтому его можно сложить и доставить через катетер, а не проводить операцию на открытом сердце. Как только он будет имплантирован и достигнет температуры тела, устройство примет свою первоначальную форму. Затем материал подаст сигнал организму о создании собственной новой ткани для замены устройства. Оригинальное устройство полностью рассосется через несколько месяцев.

Сейчас ученые проверяют физическую прочность сердечного клапана как с помощью вычислительных моделей, так и с помощью настольных исследований. В лаборатории есть установка для моделирования работы сердца, которая соответствует физиологическим условиям реального органа и может имитировать давление и кровоток в сердце отдельного пациента. Дополнительный аппарат проверяет механическую прочность клапана, совершая миллионы сердечных сокращений за короткое время.

По словам исследователей, создать материал, который может выполнять функцию сердечного клапана, одновременно стимулируя развитие и замещение новых тканей, - огромная наукоемкая задача.

Имплантаты для использования в педиатрии разрабатываются не так часто, как для взрослых. Это связано с высокой стоимостью производства и с тем, что детские заболевания встречаются реже. Исследователи считают, что сочетание биорезорбируемых материалов с 3D-печатью и производством может стать ключом к разработке более совершенных педиатрических устройств.

Марина КЫН