O echipă de oameni de știință din Elveția și Africa de Sud a folosit imprimarea 3D pentru a realiza valve cardiace din silicon artificial.

cardiace

Inima umană este formată din patru camere, fiecare dintre ele având o supapă, astfel încât fluxul de sânge să poată curge doar într-o singură direcție. Dacă una dintre valvele inimii se scurge, se contractă și se dilată, sângele revine la atrii, supunând inima la uzură severă și, în cel mai rău caz, aceasta duce la aritmie sau insuficiență cardiacă. În funcție de gravitatea problemei, supapele cardiace artificiale sunt adesea folosite pentru rezolvarea acesteia. În următoarele câteva decenii, cererea pentru acest tip de intervenție chirurgicală va crește probabil în multe părți ale lumii din cauza îmbătrânirii populației, a lipsei de exerciții fizice și a nutriției slabe. Se estimează că aproximativ 850.000 de oameni vor avea nevoie de valve cardiace artificiale în 2050.

Oamenii de știință de la Școala Tehnică Superioară din Zurich (ETH Zurich) și compania sud-africană Strait Access Technilogies au dezvoltat o supapă cardiacă, care este realizată în mai multe etape folosind o imprimantă 3D. Noul model are o serie de avantaje față de valvele cardiace tradiționale. Supapa din silicon poate fi modelată exact pe parametrii pacientului, calculând forma și dimensiunea necesară utilizând tomografie computerizată sau RMN (imagistică prin rezonanță magnetică). Acest lucru permite tipărirea unei valve cardiace care se potrivește perfect camerei cardiace a pacientului. Modelarea digitală și modelarea computerizată ajută la calcularea forțelor care acționează asupra implantului și a deformării sale potențiale.

Noul tip de supape artificiale rezolvă multe dintre problemele de implantare. În practica actuală, chirurgii cardiaci folosesc implanturi din polimeri duri sau țesuturi animale (porc sau bovine) combinate cu cadre rigide. Pentru a preveni respingerea acestor implanturi, pacienții trebuie să ia imunosupresoare sau anticoagulante care au efecte secundare semnificative. În plus, supapele de rezervă utilizate acum au forma geometrică corectă, ceea ce face dificil pentru chirurgi asigurarea unui contact strâns între țesutul cardiac și noua supapă.

„Supapele de înlocuire utilizate în prezent sunt rotunde și nu se potrivesc exact cu forma aortei, care este diferită pentru fiecare pacient”, spune Manuel Schaffner, unul dintre autorii principali și doctorand al prof. Andre Studart de la ETH Zurich.

Un alt dezavantaj al clapelor de țesut animal utilizate în prezent este lunga perioadă de fabricație. Este nevoie de câteva zile lucrătoare pentru a realiza o supapă. Noul tip de supape din silicon rezolvă această problemă, deoarece cercetătorii au nevoie de o oră și jumătate pentru a realiza o supapă cardiacă folosind o imprimantă 3D. Mai multe imprimante vor putea produce zeci și chiar sute de supape în fiecare zi, iar producția lor va fi semnificativ mai ieftină.

Testele inițiale au dat rezultate promițătoare pentru funcționarea noii supape. Unul dintre obiectivele oamenilor de știință este extinderea duratei de viață a acestor supape de rezervă la 10-15 ani. Echipa desfășoară în prezent o serie de experimente pentru dezvoltarea în continuare a valvei cardiace din silicon.

„Aceste experimente sunt necesare pentru a oferi dovezi concludente că tehnologia poate fi utilizată la oameni”, a spus Fergal Coulter, autor principal și, de asemenea, doctorand la Prof. Studart.

El a dezvoltat tehnologia pentru fabricarea supapelor cardiace folosind imprimante 3D. Coulter subliniază că materialul pe care îl folosesc în prezent este foarte puternic, dar în același timp continuă să caute și să experimenteze alte materiale adecvate.

„Ar fi minunat dacă într-o zi am putea produce valve cardiace care să dureze o viață și chiar să crească împreună cu pacientul, astfel încât să poată fi implantate la tineri”, spune Schaffner.

Probabil vor trece zece ani înainte de utilizarea efectivă a acestor valve cardiace artificiale, deoarece ciclul studiilor clinice complete durează aproximativ la fel de mult.