Бронхіальні імплантати врятували життя трьом дітям

Технологія тривимірної друку допомогла вижити трьом новонародженим - імплантати, надруковані на 3D-принтері, підтримували дитячі бронхи в робочому стані до тих пір, поки вони не почали працювати самі.

Багато напевно пам'ятають розповідь Михайла Булгакова «Сталеве горло»: в ньому сільський лікар розсікає горло дівчинці з важкою формою дифтерії і вставляє в трахею металеву трубку. Хвороба викликала сильне звуження верхнього відділу гортані, і потрібно було зробити так, щоб дівчинка не задихнулася. Така процедура називається трахеостомия, і вона носить тимчасовий характер - в тому сенсі, що ніхто потім не ходить все життя з дірою в шиї і залізної трубкою в ній, однак після того, як лікар це зробив, серед місцевих жителів почали поширюватись чутки, що дівчинка обзавелася сталевим горлом.

Схема трахеї, бронхів і бронхіол людини. (Фото Science Picture Co. / Corbis.)

Томографічний знімок, зроблений для створення тривимірної моделі бронхів, по якій можна було б надрукувати підтримує імплантат. (Фото Morrison et al. / Science Translational Medicine.)

Тривимірна модель імплантату на бронху. (Фото Morrison et al. / Science Translational Medicine.)

Один з надрукованих на 3D-принтері імплантатів. (Фото Morrison et al. / Science Translational Medicine.)

Життя «пацієнта номер один», Кайба Джонфріддо, вже нічого не загрожує. (Фото UM Health System Department of Communication.)

<

>

А от у випадку хірургів і біоінженерії з Мічиганського університету така чутка частково відповідав би істини - з тією різницею, тут вже мова йде не про горлі, а про бронхах, для яких лікарі зробили штучні хрящі з полімерного біосумісного матеріалу.

Діти, яким вживили імплантат, страждали від досить рідкісного захворювання під назвою трахеобронхомаляція, коли розм'якшуються хрящі трахеї і / або бронхів. Вона трапляється приблизно у однієї дитини з 2 000, і ніякої терапії проти неї до сих пір не придумали. Оскільки хрящі не підтримують дихальні шляхи, вони можуть схлопнуться від чого завгодно - наприклад, від того, що дитина різко поворухнувся або його почали сповивати. Дітям доводиться давати ще заспокійливі препарати, щоб вони не були занадто активні, а щоб якось уникнути смерті від задухи, їм доводиться робити ще й штучну вентиляцію легенів - дитини постачають дихальними трубками, що входять в хірургічний надріз на шиї, щоб через них в будь-який момент можна було включити подачу повітря. Через всього цього виникають ще й додаткові ускладнення при прийомі їжі. В результаті діагноз тут практично рівносильний смертному вироку: майже ніхто з дітей з трахеобронхомаляція не живе більше року або півтора.

Рішенням проблеми могла б стати конструкція, що підтримує стінки дихальних шляхів, щось на зразок штучного хряща або шини. Саме такі пристосування і були зроблені: трьом хворим дітям на уражені місця бронхів поставили полікапролактоновие «хрящі». Але товщина, діаметр, рельєф та інші параметри стінок дихальних шляхів у всіх людей різні, крім того, можна їх взагалі відтворити у всіх тонкощах? І тут на допомогу прийшов 3D-принтер.

Зараз 3D-друк переживає справжній бум, ентузіасти кажуть, що з її допомогою в перспективі можна буде швидко і дешево робити все, що завгодно. Метод «пішов у народ», деякі умільці навіть встигли налагодити друк вогнепальної зброї прямо у себе вдома. (Прецедент був створений в США три роки тому і настільки налякав влади, що в Філадельфії навіть з'явився закон, що забороняє виготовлення зброї таким способом.)

3D-принтери можуть працювати з різними матеріалами: з пластмасами, з металом, зі склом і навіть з живими клітинами. Наприклад, через таку печатку можна провести ембріональні стовбурові клітини людини, причому 89% клітин залишаються в живих через три доби після процедури, що не втрачаючи своїх «стовбурових» здібностей. Не так давно групі дослідників з Кембриджа вдалося зробити щось подібне відразу з двома типами клітин очної сітківки: гангліонарні і гліальні клітини, складові один з її шарів, пройшли через біопринтер і залишилися в живих.

Але штучний хрящ створювали не з біологічного матеріалу, не з клітин і білків, а, як ми вже сказали, з полікапролактона. Тривимірна друк дозволяє відтворити найменші особливості моделі, а саму модель можна сконструювати за допомогою томографічного сканування. Першу операцію зробили ще в 2012 році 3-місячного Кайба Джонфріддо, наступними стали 5-місячний Іен Орбіч і Гарретт Петерсон 16 місяців від роду. Роберт Моррісон (Robert Morrison) і його колеги детально описують свої результати в Science Translational Medicine : Поспостерігавши за дітьми, лікарі переконалися, що пристосування прекрасно працюють, проблем з диханням у дітей не було, а самі штучні хрящі були зроблені так, щоб не заважати швидкому зростанню бронхів. Імплантати могли змінювати форму разом з живими тканинами і навіть розтягуватися у міру потреби, тому їх навіть названо не 3D-, а 4D-імплантатами.

Трахеобронхомаляція небезпечна саме для новонароджених - у віці 2-3 років дихальні шляхи стають досить широкими і товстими, щоб самим протистояти хворобі. Проблема в тому, що майже ніхто не доживає до такого віку: бронхи маленьких дітей дуже тонкі і легко злипаються під час відсутності додаткової підтримки. Штучні трубки з пористого полікапролактона якраз і потрібні для того, щоб деякий час підтримувати бронхи в робочому стані і одночасно не заважати їм рости. Сам імплантат згодом розсмоктується без сліду - як, наприклад, у Кайба Джонфріддо, який якраз досяг віку, коли його бронхах вже не потрібна ніяка стороння допомога.

Про 3D-друк давно говорять, що вона може знайти найширше застосування медицині, що з її допомогою можна створювати і протези, і імплантати різного ступеня складності, і цілі органи. Історія про трьох дітей з трахеобронхомаляція поки що перший приклад того, як 3D-принтер в буквальному сенсі врятував людське життя, і хотілося б сподіватися, що надалі найбільшу увагу буде приділено НЕ військово-збройовим, а саме медичним можливостям цієї чудової технології.