29.05.2013 | Медицина

Младенца спасли от разрыва бронхов при помощи напечатанной на 3D-принтере трубки

Каибе Джонфриддо (Kaiba Gionfriddo) было всего шесть недель от роду, когда его родители заметили, что он внезапно посинел и перестал дышать. Младенца немедленно доставили в больницу.

Врачи сообщили, что у него случился разрыв левой бронхиальной трубки из-за не диагностированного врождённого дефекта. На протяжении нескольких недель после этого случая приступы повторялись всё чаще и чаще, пока, наконец, не стали ежедневными.

Врачи решили применить самую современную биоинженерную технологию: они напечатали на 3D-принтере синтетическую трубку, которая поддерживала дыхательные пути ребёнка в открытом состоянии. Операция была проведена в январе 2012 года, и до сих пор у малыша не было никаких рецидивов.

"Трахея по своей структуре несколько напоминает шланг у пылесоса. Человеческая трахея состоит из 20 хрящевых колец, соединённых мышечной тканью, которая тянется от кадыка до грудины. Внизу она разветвляется на две трубки, которые называются бронхами, каждый из которых соединяется с лёгким. Когда мы делаем вдох, то наши лёгкие наполняются воздухом и расширяются, а дыхательные пути удлиняются и расширяются", — объясняет Гленн Грин (Glenn Green), отоларинголог из университета Мичигана.

В большинстве случаев, когда ребёнок рождается, хрящевые кольца в его трахее открывают дыхательные пути. Но бывают и исключения. По данным Американской медицинской библиотеки при Национальном институте здравоохранения (US National Library of Medicine, National Institute of Health), один из каждых 2100 новорождённых имеет врождённый дефект, при котором часть дыхательных путей оказывается слишком хрупкой и в итоге разрывается, блокируя вход для воздуха в одно из лёгких или даже в оба. Лечение такого заболевания требует размягчения трахеи, а также постоянного контроля за здоровьем пациента, особенно в случаях простуды и других инфекционных заболеваний. Иногда необходим респиратор или хирургическое вмешательство.

"При хронических заболеваниях используется хирургическое стентирование, однако такая операция раздражает трахею. Также можно взять небольшой кусок ребра пациента и использовать его в качестве фиксатора с внешней стороны трахеи. Но всё это не придаст дыхательным путям нужной формы", — рассказывает Джон Бент (John Bent), доцент из Медицинского колледжа имени Альберта Эйнштейна и глава отдела педиатрической отоларингологии в Медицинском центре Монтефиоре (Montefiore Medical Center).

Некоторые случаи бывают особенно тяжёлыми, как у Каибы: даже после курса лечения он всё равно дышал с большим трудом.

После того, как лечащие врачи мальчика поняли, что спасти пациента будет очень сложно, они обратились к Грину и его коллегам. Эти медики как раз работали над новым устройством, которое помогает "вылечить" коллапс дыхательных путей. Они спроектировали синтетическую трубку, которую можно обернуть вокруг повреждённой части бронха или трахеи. Это позволяет открыть проход воздуху, дать ему возможность свободно циркулировать.

Но тут возникает проблема: органы каждого пациента уникальны, и потому невозможно создать устройство универсального размера. Эту задачу решила технология 3D-печати: макет трубки можно делать по индивидуальному заказу, чтобы создать фиксатор именно такой формы и размера, который подойдёт конкретному пациенту.

Принцип работы 3D-принтера немногим отличается от обычного струйного. Только вместо того, чтобы накладывать слои чернил, он печатает структуры из конструктивных материалов. Эта технология уже достигла определённых высот и по праву может называться технологией будущего. Ранее мы уже писали о том, что на такой "машинке" можно напечатать еду, оружие, автомобиль и даже необходимые запчасти для космонавтов на МКС. Медицина также не стоит на месте: в феврале 2013 года медики напечатали идеальное ухо, а ранее и искусственную челюсть. С каждым днём технология всё совершенствуется, и потому пользоваться "распечатанными" предметами становится всё безопаснее и эффективнее.

Задача создания синтетической трубки оказалась не слишком сложной, ведь сама трахея имеет форму трубки, а значит, никаких сложных форм создавать было не нужно. Грин и его коллеги провели тесты на поросятах, после чего убедились в эффективности данной методики.

Ответственным за изготовление такого "рукава" для трахеи был Скотт Холлистер (Scott Hollister), биоинженер из университета Мичигана. Устройство должно крепиться вокруг трахеи и позволять ей расширяться при поступлении воздуха, но предотвращать спазмы, которые могут привести к коллапсу.

Чтобы создать правильный эскиз, врачи сделали Каибе компьютерную томографию. На основе полученных данных они спроектировали трубку нужной формы и размера, как по индивидуальному заказу. Впрочем, "напечатать" идеальный рукав удалось не с первого раза. Инженерам постоянно приходилось вносить коррективы, но в итоге всё получилось.

Перед тем, как вставить трубку в бронх Каибе, команде пришлось срочно заручиться согласием американского Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов (FDA). Как сообщается в пресс-релизе, операция прошла 9 февраля 2012 года.

"Мы закончили операцию и впервые увидели, что его лёгкие работают нормально", — рассказывает Грин.

Это спасительное устройство было создано из поликапролактона, похожего на пластик полимерного материала, совместимого с живыми тканями. 3D-принтер нагревал поликапролактоновый порошок (к слову, у него очень низкая температура плавления) до тех пор, пока он не превратился в густую пасту, из которой уже можно было лепить нужную форму.

Самое интересное, что когда мальчик будет расти, трубка будет расти вместе с ним. Однако через несколько лет его трахея окрепнет и болезнь пройдет сама собой, а необходимости вынимать устройство не будет, ведь оно сделано из тех же материалов, что и саморастворяющиеся хирургические нити, которыми зашивают внутренние органы.

Это был первый случай в истории медицины, когда пациенту вживили напечатанное на 3D-принтере устройство, способствующее восстановлению тканей организма. Об этом случае учёные написали в статье, опубликованной в издании The New England Journal of Medicine.

Коллеги Грина из других университетов отзываются об этой технологии положительно. Роберт Уеверли (Robert Weatherly), отоларинголог из Канзасского университета, отмечает, что технология, которую применил Грин и его команда, несколько отличается от обычной биоинженериию. В случае Каибе ткань пациента была на месте, просто не функционировала нормально, а трубка помогла ей укрепиться.

Грин считает, что у технологии 3D-печати огромный потенциал, но она всё же требует доработок и модификаций. Тем не менее, он планирует начать клинические испытания этой методики уже в ближайшее время. Ведь теперь у него за плечами успешная практика её применения.

По публикациям UkrNet