Исследователи из Университета штата Северная Каролина использовали 3D-печать для разработки более удобных антенн для приема излучения, которые пациенты с раком могли носить во время процедур микроволновой гипертермии груди.
По сравнению с обычным оборудованием для лучевой терапии, новый гибкий приемник менее громоздок и может быть распечатан в соответствии с геометрией пациента, что позволяет уменьшить дискомфорт во время лечения. Изменяя уровень заполнения своей антенны, ученые также обнаружили, что они могут регулировать ее диэлектрическую проницаемость, оптимизируя ее характеристики для различных уровней воздействия с помощью электромагнитного (ЭМ) симулятора.
Микроволновая гипертермия молочной железы - это вид лечения рака, при котором пораженные ткани подвергаются локальному воздействию сфокусированного пучка электромагнитного излучения, которое разрушает злокачественные клетки путем термической абляции. Хотя процедура является неинвазивной, в настоящее время она требует использования тяжелых антенн, что делает и без того неудобное лечение еще менее комфортным для пациентов.
В прошлом были проведены значительные исследования альтернатив носимых устройств, но они в основном ограничивались тканями, производимыми вручную, или громоздкими устройствами с водяным охлаждением. Однако в последние несколько лет ученые все чаще применяют 3D-печать для более быстрого производства антенн, которые обладают повышенной гибкостью и, следовательно, комфортом для пациента, чем многие традиционные конструкции.
Точно так же в своем предыдущем исследовании команда из Северной Каролины обнаружила, что они могут улучшить усиление антенны хлопковых устройств, увеличив их пористость. Теперь, сделав еще один шаг, исследователи выдвинули гипотезу, что можно было бы еще больше манипулировать заполнением приемников, чтобы они были не только удобными, но и обладали оптимизированными характеристиками нагрева и эффективностью в борьбе с раком.
Учитывая, что регулировка диэлектрических свойств антенн имеет решающее значение для оптимизации их характеристик, ученые приступили к выяснению того, как именно на них влияет уровень заполнения. Для этого команда использовала 3D-принтер Luzbot Taz 6 FDM для производства трех различных устройств на базе TPU, объем которых варьировался в процентах: 40%, 70% и 100%.
Антенны исследователей, состоящие из токопроводящего пластыря, установленного на диэлектрической подложке, имели верхний слой TPU толщиной 3 мм, чтобы предотвратить прямой контакт с кожей пациента. Во время использования пластыри устройств теоретически способны передавать микроволновое излучение в центр тканей молочной железы естественного полушария, нагревая раковые клетки до 39–45 ° C и делая их инертными.
Чтобы проверить эффективность своих новых устройств для лучевой терапии, ученые из Северной Каролины прикрепили их к лабораторному «фантому груди» радиусом 50 мм и подвергли обширному электромагнитному моделированию. Интересно, что команда обнаружила, что уменьшение степени заполнения их антенны со 100% до 43,6% снизило ее диэлектрическую проницаемость с 2,36 до 1,59, и что эта зависимость была предсказуемой, а также линейной.
Кроме того, устройства с объемом 70% и 100% показали резонанс на частоте 2,30 ГГц и обеспечили коэффициент поглощения излучения 35-60 Вт / кг в тканях глубиной 5-7 мм, что находится в пределах 8-83 Вт / кг, рекомендованных для применения при гипотермии. . Однако каждая из антенн также оказалась неэффективной для тканей глубиной более 15 мм, а прототип с 40% -ным заполнением не был достаточно устойчивым, чтобы сохранять свою полусферическую форму.
В результате исследователи пришли к выводу, что они успешно рассчитали линейность между диэлектрической проницаемостью и процентом твердого объема своих радиотерапевтических приемников, но они не использовались в приложениях in-vitro, и если бы они были, они ограничиваются обработкой поверхностных участков груди.
«Использованный фантом груди был однородным и не имитировал в точности реальное биофизическое состояние человеческого тела», - заявили ученые в своей статье. «В настоящей женской груди есть бесчисленное множество компонентов, каждый из которых может влиять на эффективность нагрева. Таким образом, для дальнейшего изучения необходимо рассмотреть более реалистичный фантом».
Будь то полимерные направляющие, напечатанные на 3D-принтере, которые обеспечивают повышенное удержание тканей, или имплантаты с биопечатью для конкретного пациента, исследователи продолжают находить новые способы помочь выздоровлению выживших после рака груди. Например, врачи Корейского медицинского центра Асан объединил
и сканирование с 3D-печатью для создания настраиваемых хирургических шаблонов, которые улучшают результаты для пациентов с мастэктомией.
В другом месте израильская компания по 3D-биопечати CollPlant создает прототипы имплантатов, регенерирующих ткань груди, по крайней мере, с 2019 года. Компания считает, что в будущем ее трансплантаты на основе коллагена могут предоставить пациентам более безопасную альтернативу более традиционным методам постоянной имплантации груди.
Точно так же разработчик 3D-печатных каркасов BellaSeno заключил сделку с Evonik об использовании ее полимера RESOMER в качестве основы для линии сертифицированных ISO имплантатов груди Senella. В конечном итоге фирма стремится улучшить процедуры реконструкции, увеличения и ревизии груди, создавая имплантаты, которые могут безопасно абсорбироваться организмом.
Выводы исследователей подробно описаны в их статье под названием «Термопластичный полиуретан с 3D-печатью для носимой гипертермии груди», соавторами которой являются Юсуке Мукаи, Сиксиан Ли и Минён Су.