Исследователи из Университета ETH ZÜRICH из Швейцарии (https://ethz.ch/de.html) и производитель медицинского оборудования Strait Access Technologies (SAT, http://www.straitaccesstechnologies.com ) из ЮАР разрабатывают искусственные сердечные клапаны из силикона для печати на 3D-принтере.
По данным статьи в научном журнале Matter (https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30038-4?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2590238519300384%3Fshowall%3Dtrue) существующие в настоящее время решения в области производства сердечных клапанов характеризуются дороговизной, большими трудозатратами и являются временными. Даётся оценка, что к 2050-му году около 850 000 человек будут нуждаться в искусственных сердечных клапанах.
«Было бы прекрасно, если однажды мы смогли изготавливать клапаны, которые работали бы всю жизнь и возможно даже росли вместе с пациентом, что дало бы возможность имплантировать их также молодым людям», объясняет доктор Мануэль Шаффнер (Manuel Schaffner), один из ведущих авторов статьи и PhD-исследователь группы Сложных Материалов при Университете.
Как отмечают исследователи, каждая из 4-х камер сердца имеет клапан, обеспечивающий протекание крови в одном направлении. Если эти клапаны начинают протекать, уменьшаться, увеличиваться или разрушаться, сердце начинает работать под значительно возросшей нагрузкой, оказываемой кровью. Это вызывает аритмию и перебои в работе сердца.
С помощью 3D-печати, сердечный клапан может быть изготовлен под пациента на основе данных КТ аорты. Эти данные используются совместно с компьютерной симуляцией для определения сил, воздействующих на искусственный клапан, и его потенциальных деформаций. Клапан создаётся из силиконового материала, распределяемого на форму, похожую на корону, с последующим наложением методом прямой чернильной печати коллагеновых волокон для придания необходимой толщины и прочности клапану.
Используемый материал является био-совместимым, и как определили исследователи обеспечивает такую же скорость протекания крови, как и традиционные искусственные клапаны. Клапаны, обычно используемые в кардиохирургии состоят из твёрдых полимеров или тканей животных (коров или свиней), встроенных в металлические рамки. Как показали исследования, человеческий организм склонен к отторжению таких имплантов, вынуждая пациентов всю жизнь принимать иммунодепрессанты и антикоагулянты, которые могут привести к нежелательным побочным эффектам.
Новый силиконовый клапан, печатается на 3D-принтере за один час или меньше, что является значительным сокращением времени по сравнению с традиционными клапанами, на изготовление которых уходит несколько рабочих дней. Цель учёных — продлить время работы новых клапанов до 10-15-ти лет — это время, необходимое для поддержки процесса излечения прооперированного сердца. Однако как минимум 10 лет уйдёт у команды исследователей на дальнейшую работу, прежде чем новые клапаны войдут к клиническую практику. К тому же для коммерциализации проекта потребуется промышленный партнёр или создание новой компании.
Фергал Култер (Fergal Coulter), ведущий автор исследования, разработал 3D-принтеры, необходимые для производства клапанов, и в настоящее время продолжает работу в области силиконовых клапанов. «Так как мы являемся только исследователями, то к сожалению у нас нет возможностей для разработки отлаженной технологии внедрения от первого экспериментального образца до первого применения на человеке», добавил доктор Шаффнер.
В 2017 году, исследователи из Цюриха также создали полностью мягкое искусственное сердце и модель для восстановления слуха, используя 3D-печать силиконом.