Επίτευγμα: Επιστήμονες δημιουργούν παλλόμενες ανθρώπινες καρδιές με τρισδιάστατη εκτύπωση

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

Επίσκεψη Δένδια σε ΜΙΤ, Fletcher School και Harvard Kennedy School: Αναγκαίος ένας ευρωπαϊκός αμυντικός βραχίονας σε συνεργασία με το ΝΑΤΟ [photos]

Χειρουργεία μέσω «πύργου ελέγχου» χάρη στο Εργαστήριο Επαυξημένης Πραγματικότητας, Τεχνητής Νοημοσύνης και Ψηφιακής Ανατομίας «Asclepius»

Αγνοδίκη, η γιατρός της αρχαιότητας που ασκούσε τη μαιευτική μεταμφιεσμένη σε άνδρα: Το 3ο γυμνάσιο Μίκρας αναβίωσε την ιστορία της

Επιστήμονες του ΜΙΤ κατασκευάζουν πλέον και ανθρώπινες καρδιές με τρισδιάστατη εκτύπωση και στόχο να βελτιώσουν μία σειρά από χειρουργικές επεμβάσεις.

Η ερευνητική ομάδα του διάσημου πανεπιστημίου της Βοστώνης έχει αναπτύξει μια διαδικασία για την 3D εκτύπωση ενός μαλακού και εύκαμπτου αντιγράφου της καρδιάς ενός ασθενούς. Στη συνέχεια, μπορούν και ελέγχουν την κίνηση του αντιγράφου έτσι ώστε να μιμηθούν την ικανότητα άντλησης αίματος αυτού του ασθενούς.

Η διαδικασία περιλαμβάνει πρώτα τη μετατροπή ιατρικών εικόνων της καρδιάς ενός ασθενούς σε ένα τρισδιάστατο μοντέλο υπολογιστή, το οποίο οι ερευνητές μπορούν στη συνέχεια να εκτυπώσουν σε 3D χρησιμοποιώντας ένα «μελάνι» με βάση το πολυμερές. Το αποτέλεσμα είναι ένα μαλακό, εύκαμπτο κέλυφος στο ακριβές σχήμα της καρδιάς του ίδιου του ασθενούς. Η ομάδα μπορεί επίσης με τον ίδιο τρόπο να εκτυπώσει την αορτή ενός ασθενούς, την κύρια αρτηρία που μεταφέρει αίμα από την καρδιά στο υπόλοιπο σώμα.

Οι γιατροί συνήθως αντιμετωπίζουν τη στένωση της αορτής εμφυτεύοντας χειρουργικά μια συνθετική βαλβίδα που έχει σχεδιαστεί για να διευρύνει τη φυσική βαλβίδα της αορτής. Στο μέλλον, η ομάδα λέει ότι οι γιατροί θα μπορούσαν ενδεχομένως να χρησιμοποιήσουν τη νέα τους διαδικασία για να εκτυπώσουν πρώτα την καρδιά και την αορτή ενός ασθενούς και στη συνέχεια να εμφυτεύουν μια ποικιλία βαλβίδων στο τυπωμένο μοντέλο για να δουν ποιο σχέδιο έχει ως αποτέλεσμα την καλύτερη λειτουργία και εφαρμογή για τον συγκεκριμένο ασθενή. Τα αντίγραφα της καρδιάς θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν από ερευνητικά εργαστήρια και τη βιομηχανία ιατρικών συσκευών ως πλατφόρμες για τη δοκιμή θεραπειών για διάφορους τύπους καρδιακών παθήσεων.

«Όλες οι καρδιές είναι διαφορετικές», λέει ο Luca Rosalia, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Πρόγραμμα MIT-Harvard στις Επιστήμες και την Τεχνολογία Υγείας. «Υπάρχουν τεράστιες διακυμάνσεις, ειδικά όταν οι ασθενείς είναι άρρωστοι. Το πλεονέκτημα του συστήματός μας είναι ότι μπορούμε να αναδημιουργήσουμε όχι μόνο τη μορφή της καρδιάς ενός ασθενούς, αλλά και τη λειτουργία της τόσο στη φυσιολογία όσο και στην ασθένεια».

Τον Ιανουάριο του 2020, τα μέλη της ομάδας, με επικεφαλής την καθηγήτρια μηχανολογίας Ellen Roche, ανέπτυξαν μια «βιορομποτική υβριδική καρδιά»  κατασκευασμένο από συνθετικό μυ που περιέχει μικρούς, φουσκωτούς κυλίνδρους, τους οποίους μπόρεσαν να ελέγξουν για να μιμηθούν τις συσπάσεις μιας αληθινής παλλόμενης καρδιάς.

Υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον στον ιατρικό τομέα για τη χρήση της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης για την ακριβή αναδημιουργία της ανατομίας του ασθενούς για χρήση στον προεγχειρητικό σχεδιασμό και εκπαίδευση

Ως υλικό βάσης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ιατρικές σαρώσεις 15 ασθενών που είχαν διαγνωστεί με στένωση αορτής. Η ομάδα μετέτρεψε τις εικόνες κάθε ασθενούς σε ένα τρισδιάστατο μοντέλο υπολογιστή της αριστερής κοιλίας του ασθενούς (ο κύριος θάλαμος άντλησης της καρδιάς) και της αορτής. Έδωσαν αυτό το μοντέλο σε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή για να δημιουργήσουν ένα μαλακό, ανατομικά ακριβές κέλυφος τόσο της κοιλίας όσο και του αγγείου.

Οι ερευνητές έδειξαν ότι για κάθε μοντέλο καρδιάς, μπορούσαν να αναδημιουργήσουν με ακρίβεια τις ίδιες πιέσεις και ροές άντλησης καρδιάς που είχαν μετρηθεί προηγουμένως σε κάθε αντίστοιχο ασθενή.

«Το να μπορούσαμε να ταιριάξουμε τις ροές και τις πιέσεις των ασθενών ήταν πολύ ενθαρρυντικό», λέει η Roche. «Δεν εκτυπώνουμε μόνο την ανατομία της καρδιάς, αλλά επίσης αναπαράγουμε τη μηχανική και τη φυσιολογία της. Αυτό είναι το κομμάτι για το οποίο ενθουσιαζόμαστε».

Προχωρώντας ένα βήμα παραπέρα, η ομάδα είχε ως στόχο να επαναλάβει μερικές από τις παρεμβάσεις στις οποίες υποβλήθηκαν μια χούφτα από τους ασθενείς, για να δει εάν η τυπωμένη καρδιά και το αγγείο ανταποκρίθηκαν με τον ίδιο τρόπο. Μερικοί ασθενείς είχαν λάβει εμφυτεύματα βαλβίδας σχεδιασμένα να διευρύνουν την αορτή. Η Roche και οι συνεργάτες της εμφύτευσαν παρόμοιες βαλβίδες στις τυπωμένες αορτές που διαμορφώθηκαν σύμφωνα με κάθε ασθενή. Όταν ενεργοποίησαν την εκτυπωμένη καρδιά για άντληση, παρατήρησαν ότι η εμφυτευμένη βαλβίδα παρήγαγε παρόμοια βελτιωμένες ροές όπως στους πραγματικούς ασθενείς που ακολουθούσαν τα χειρουργικά εμφυτεύματα.

Τέλος, η ομάδα χρησιμοποίησε μια ενεργοποιημένη τυπωμένη καρδιά για να συγκρίνει εμφυτεύματα διαφορετικών μεγεθών, για να δει ποια θα είχε την καλύτερη εφαρμογή και ροή – κάτι που οραματίζονται ότι οι κλινικοί γιατροί θα μπορούσαν ενδεχομένως να κάνουν για τους ασθενείς τους στο μέλλον.

Με πληροφορίες από ΜΙΤ Νews

Ο καλός ύπνος μεταφράζεται σε μεγαλύτερο προσδόκιμο ζωής: Η συνταγή υπαγορεύει 7-8 ώρες -Αμερικανική έρευνα