Немовля врятували від розриву бронхів за допомогою надрукованої на 3D-принтері трубки

Каиба Джонфріддо (Kaiba Gionfriddo) було всього шість тижнів від народження, коли його батьки помітили, що він раптово посинів і перестав дихати. Немовля негайно доставили в лікарню, де лікарі повідомили, що у нього стався розрив лівої бронхіальної трубки через не діагностованого вродженого дефекту. Протягом декількох тижнів після цього випадку напади повторювалися все частіше і частіше, поки, нарешті, не стали щоденними.

Лікарі вирішили застосувати найсучаснішу біоінженерних технологію: вони надрукували на 3D-принтері синтетичну трубку, яка підтримувала дихальні шляхи дитини у відкритому стані. Операція була проведена в січні 2012 року, і до сих пір у малюка не було ніяких рецидивів.

"Трахея за своєю структурою дещо нагадує шланг у пилососа. Людська трахея складається з 20 хрящових кілець, з'єднаних м'язову тканину, яка тягнеться від кадика до грудини. Внизу вона розгалужується на дві трубки, які називаються бронхами, кожен з яких з'єднується з легким. Коли ми робимо вдих, то наші легені наповнюються повітрям і розширюються, а дихальні шляхи подовжуються і розширюються ", - пояснює Гленн Грін ( Glenn Green ), Отоларинголог з університету Мічигану.

У більшості випадків, коли дитина народжується, хрящові кільця в його трахеї відкривають дихальні шляхи. Але бувають і виключення. За даними Американської медичної бібліотеки при Національному інституті охорони здоров'я ( US National Library of Medicine, National Institute of Health ), Один з кожних 2100 новонароджених має вроджений дефект, при якому частина дихальних шляхів виявляється занадто крихкою і в підсумку розривається, блокуючи вхід для повітря в одне з легких або навіть в обидва. Лікування такого захворювання вимагає розм'якшення трахеї, а також постійного контролю за здоров'ям пацієнта, особливо у випадках застуди та інших інфекційних захворювань. Іноді необхідний респіратор або хірургічне втручання.

"При хронічних захворюваннях використовується хірургічне стентування , Проте така операція дратує трахею. Також можна взяти невеликий шматок ребра пацієнта і використовувати його в якості фіксатора із зовнішнього боку трахеї. Але все це не додасть дихальних шляхах потрібної форми ", - розповідає Джон Бент ( John Bent ), Доцент з Медичного коледжу імені Альберта Ейнштейна і глава відділу педіатричної отоларингології в Медичному центрі Монтефіоре ( Montefiore Medical Center ).

Деякі випадки бувають особливо важкими, як у Каиба: навіть після курсу лікування він все одно дихав з великими труднощами.

Після того, як лікарі хлопчика зрозуміли, що врятувати пацієнта буде дуже складно, вони звернулися до Гріну і його колегам. Ці медики якраз працювали над новим пристроєм, який допомагає "вилікувати" колапс дихальних шляхів. Вони спроектували синтетичну трубку, яку можна обернути навколо пошкодженої частини бронха або трахеї. Це дозволяє відкрити прохід повітрю, дати йому можливість вільно циркулювати.

Але тут виникає проблема: органи кожного пацієнта унікальні, і тому неможливо створити пристрій універсального розміру. Цю задачу вирішила технологія 3D-друку: макет трубки можна робити за індивідуальним замовленням, щоб створити фіксатор саме такої форми і розміру, який підійде конкретному пацієнту.

Принцип роботи 3D-принтера небагато чим відрізняється від звичайного струменевого. Тільки замість того, щоб накладати шари чорнила, він друкує структури з конструктивних матеріалів. Ця технологія вже досягла певних висот і по праву може називатися технологією майбутнього. Раніше ми вже писали про те, що на такий "машинці" можна надрукувати їжу , зброю , автомобіль і навіть необхідні запчастини для космонавтів на МКС . Медицина також не стоїть на місці: в лютому 2013 року медики надрукували ідеальне вухо , А раніше і штучну щелепу . З кожним днем ​​технологія все вдосконалюється, і тому користуватися "роздрукованими" предметами стає все безпечніше і ефективніше.

Завдання створення синтетичної трубки виявилася не надто складною, адже сама трахея має форму трубки, а значить, ніяких складних форм створювати було не потрібно. Грін і його колеги провели тести на поросятах, після чого переконалися в ефективності даної методики.

Відповідальним за виготовлення такого "рукава" для трахеї був Скотт Холлістер ( Scott Hollister ), Біоінженер з університету Мічигану. Пристрій повинен кріпитися навколо трахеї і дозволяти їй розширюватися при надходженні повітря, але запобігати спазми, які можуть привести до колапсу.

Щоб створити правильний ескіз, лікарі зробили Каиба комп'ютерну томографію. На основі отриманих даних вони спроектували трубку потрібної форми і розміру, як за індивідуальним замовленням. Втім, "надрукувати" ідеальний рукав вдалося не з першого разу. Інженерам постійно доводилося вносити корективи, але в підсумку все вийшло.

Перед тим, як вставити трубку в бронх Каиба, команді довелося терміново заручитися згодою американського Управління з контролю якості харчових продуктів і лікарських препаратів ( FDA ). Як повідомляється в прес-релізі , Операція пройшла 9 лютого 2012 року.

"Ми закінчили операцію і вперше побачили, що його легені працюють нормально", - розповідає Грін.

Це рятівне пристрій було створено з полікапролактона , Схожого на пластик полімерного матеріалу, сумісного з живими тканинами. 3D-принтер нагрівав полікапролактоновий порошок (до слова, у нього дуже низька температура плавлення) до тих пір, поки він не перетворився на густу пасту, з якої вже можна було ліпити потрібну форму.

Найцікавіше, що коли хлопчик буде рости, трубка буде рости разом з ним. Однак через кілька років його трахея зміцніє і хвороба пройде сама собою, а необхідність виймати пристрій не буде, адже вона виготовлена ​​з тих же матеріалів, що і саморастворяющіеся хірургічні нитки, якими зашивають внутрішні органи.

Це був перший випадок в історії медицини, коли пацієнтові імплантували надруковане на 3D-принтері пристрій, який сприяє відновленню тканин організму. Про цей випадок вчені написали в статті , Опублікованій в виданні The New England Journal of Medicine.

Колеги Гріна з інших університетів відгукуються про цю технологію позитивно. Роберт Уеверлі ( Robert Weatherly ), Отоларинголог з Канзаського університету, зазначає, що технологія, яку застосував Грін і його команда, дещо відрізняється від звичайної біоінженеріію. У разі Каиба тканину пацієнта була на місці, просто не функціонувала нормально, а трубка допомогла їй зміцнитися.

Грін вважає, що у технології 3D-друку величезний потенціал, але вона все ж вимагає доопрацювань і модифікацій. Проте, він планує почати клінічні випробування цієї методики вже найближчим часом. Адже тепер у нього за плечима успішна практика її застосування.

Також по темі:
З води і жиру надруковано аналог живої тканини
На 3D-принтері надрукували ідеальне вухо
Хрящову тканину вдалося надрукувати на гібридному 3D-принтері
Медики надрукували на 3D-принтері екзоскелет для дитини
Від авто до зубного протеза: що може і як працює 3D-принтер