Οι καρδιαγγειακές παθήσεις είναι μια κορυφαία αιτία θανάτου στη Βόρεια Αμερική – Η 3Δ εκτύπωση θα μπορούσε να το αλλάξει

Οι καρδιαγγειακές παθήσεις προκαλούν εκατομμύρια θανάτους κάθε χρόνο και συγκαταλέγονται στις κυριότερες αιτίες θανάτου παγκοσμίως. Ερευνητές μελέτησαν μια νέα μέθοδο κατασκευής τεχνητών αιμοφόρων αγγείων, η οποία ενδέχεται μελλοντικά να βοηθήσει στην ανάπτυξη καλύτερων αγγειακών μοσχευμάτων. Τα αποτελέσματα προέρχονται από εργαστηριακές δοκιμές, όχι από καθιερωμένη θεραπεία ασθενών.

Καρδιαγγειακές Παθήσεις – Στατιστικά

Οι καρδιαγγειακές παθήσεις αποτελούν σημαντική αιτία θανάτου στις ΗΠΑ και διεθνώς. Παράγοντες κινδύνου είναι, μεταξύ άλλων, η διατροφή, το κάπνισμα, η κατανάλωση αλκοόλ και η ατμοσφαιρική ρύπανση. Η κακή ποιότητα του αέρα είναι περιβαλλοντική έκθεση, όχι απαραίτητα προσωπική επιλογή ή ενέργεια.

Θεραπεία Καρδιαγγειακών Παθήσεων Σήμερα

Η ανάγκη αντιμετώπισης των καρδιαγγειακών παθήσεων έχει οδηγήσει σε εκτεταμένη έρευνα. Στην επέμβαση παράκαμψης δημιουργείται νέα διαδρομή γύρω από μια στενωμένη ή φραγμένη αρτηρία. Συχνά χρησιμοποιείται αγγείο του ίδιου του ασθενούς· δεν τοποθετείται αυτομάτως τεχνητή φλέβα σε κάθε επέμβαση.

Η κατασκευή αγγειακών μοσχευμάτων αποτελεί αντικείμενο έρευνας εδώ και χρόνια. Είναι δύσκολο να αναπαραχθούν οι μηχανικές και βιολογικές ιδιότητες των φυσικών αγγείων. Η βιοεκτύπωση με εξώθηση και οι υδρογέλες επιτρέπουν τη δημιουργία σωληνοειδών δομών, αλλά έχουν περιορισμούς αντοχής και σταθερότητας.

Οι δομές υδρογέλης μπορεί να μην έχουν επαρκή αντοχή ή να χάνουν το σχήμα τους όταν επιμηκύνονται ή δέχονται πίεση. Η ομάδα εξέτασε πώς η ενίσχυση με ίνες θα μπορούσε να βελτιώσει αυτές τις ιδιότητες. Αυτό δεν αποτελεί μέτρηση ποσοστών αποτυχίας σε ασθενείς.

Λεπτομέρειες Μελέτης

Η μελέτη «Κατασκευή ενδοτικού αγγειακού μοσχεύματος με εκτύπωση εξώθησης και τεχνικές ηλεκτροϊνοποίησης» εξετάζει τον συνδυασμό εκτύπωσης και ηλεκτροϊνοποίησης για τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων αγγειακών μοσχευμάτων μικρής διαμέτρου.

Τεχνική ηλεκτροϊνοποίησης

Οι ερευνητές συνδύασαν τρισδιάστατη εκτύπωση μεθακρυλοϋλιωμένης ζελατίνης (GelMA) με ηλεκτροϊνοποιημένες ίνες. Η ηλεκτροϊνοποίηση χρησιμοποιεί ηλεκτρικό πεδίο για τη δημιουργία λεπτών ινών που ενισχύουν τη δομή. Πρόκειται για συνδυασμό τεχνικών, όχι για την πρώτη ανακάλυψη της ηλεκτροϊνοποίησης.

Πηγή – Advanced Materials Technologies

Η διάταξη περιλάμβανε κατακόρυφο περιστρεφόμενο άξονα, κεφαλή εκτύπωσης εξώθησης και δύο κεφαλές ηλεκτροϊνοποίησης. Η προθερμασμένη GelMA σχημάτιζε έναν σωλήνα. Οι ίνες πρόσθεταν μηχανική στήριξη, μιμούμενες ορισμένα χαρακτηριστικά της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας.

Ο άξονας περιστρεφόταν με 20 στροφές ανά λεπτό και η υδρογέλη εξωθούνταν από κωνικό άκρο 18 G με παροχή 0,22 mL/min. Η GelMA παρασκευάζεται με χημική τροποποίηση της ζελατίνης και διαλύθηκε σε ρυθμιστικό αλατούχο διάλυμα φωσφορικών. Μετά την εκτύπωση ακολούθησε φωτοδιασταύρωση. Η σταθεροποίηση του pH δεν ήταν από μόνη της ο μηχανισμός σκλήρυνσης.

Νανοΐνες

Μετά τη φωτοδιασταύρωση, η δομή GelMA ενισχύθηκε με νανοΐνες από διαφορετικά μίγματα πολυκαπρολακτόνης (PCL) και πολυ(L-λακτιδίου-co-ε-καπρολακτόνης) (PLCL). Είναι πολυμερή υλικά που παρέχουν μηχανική στήριξη, όχι φυσικές ανθρώπινες μυϊκές ίνες.

Δοκιμή των Νέων Μεθόδων

Η ομάδα πραγματοποίησε διάφορες εργαστηριακές δοκιμές. Χρησιμοποιήθηκε ρεόμετρο Kinexus Ultra+ με παράλληλες αμμοβολημένες πλάκες διαμέτρου 40 mm για ρεολογικές μετρήσεις. Άλλες δοκιμές εξέτασαν την αντοχή σε εφελκυσμό και την αντίσταση στην εσωτερική πίεση.

Πίεση θραύσης

Η μέτρηση της πίεσης θραύσης δείχνει πόση εσωτερική πίεση αντέχει μια δομή πριν διαρραγεί. Είναι σημαντική για αγγειακά μοσχεύματα, καθώς οι απλές υδρογέλες μπορεί να έχουν μικρότερη αντοχή από τα φυσικά αγγεία.

Οι μηχανικές ιδιότητες εξετάστηκαν με εργαστηριακό εξοπλισμό, μεταξύ άλλων με μηχανή δοκιμών Instron 3367. Οι δοκιμές πίεσης αξιολόγησαν την αντίσταση των σωληνοειδών κατασκευών σε εσωτερική φόρτιση. Δεν αποτελούσαν πλήρη κλινική προσομοίωση της λειτουργίας της καρδιάς.

Αντοχή σε εφελκυσμό

Η αντοχή σε εφελκυσμό εξετάστηκε κατά μήκος και περιμετρικά. Οι μη ενισχυμένες δομές υδρογέλης μπορεί να χάνουν το σχήμα τους υπό φόρτιση. Η προσθήκη ινών αποσκοπούσε στη βελτίωση αυτής της συμπεριφοράς.

Η ενίσχυση βελτίωσε τη μηχανική συμπεριφορά και στις δύο κατευθύνσεις. Τα αποτελέσματα αφορούν τα συγκεκριμένα υλικά και τις συνθήκες δοκιμής· δεν αποδεικνύουν μακροχρόνια αντοχή μετά από εμφύτευση σε άνθρωπο.

Δοκιμή κυτταροτοξικότητας

Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης αν τα υλικά βλάπτουν κύτταρα στο εργαστήριο. Οι δοκιμές κυτταροτοξικότητας παρέχουν στοιχεία για τη βιοσυμβατότητα, αλλά δεν αποδεικνύουν ότι ένας ασθενής δεν θα παρουσιάσει ανοσολογική αντίδραση ή απόρριψη.

Αποτελέσματα Δοκιμών – Καρδιαγγειακές Παθήσεις

Οι δοκιμές έδειξαν υποσχόμενες μηχανικές ιδιότητες. Η ενίσχυση με ίνες βελτίωσε την αντοχή σε πίεση και εφελκυσμό, με ορισμένες ιδιότητες να προσεγγίζουν εκείνες φυσικών αγγείων. Η βιολογική λειτουργία και η κλινική ασφάλεια χρειάζονται περαιτέρω μελέτη.

Οφέλη της Μελέτης Καρδιαγγειακών Παθήσεων

Ισχυρότερα εκτυπωμένα αγγειακά μοσχεύματα θα μπορούσαν μελλοντικά να προσφέρουν νέες επιλογές. Η πρόσβαση των ασθενών εξαρτάται επίσης από την ασφάλεια, την παραγωγή και τις απαιτούμενες εγκρίσεις. Η μελέτη δεν απέδειξε ήδη βελτιωμένη επιβίωση ασθενών.

Χαμηλότερο Κόστος

Η μέθοδος μπορεί να διευκολύνει την παραγωγή ομοιόμορφων πειραματικών μοσχευμάτων. Το αν θα μειώσει το κόστος ή θα βελτιώσει τις επεμβάσεις απαιτεί περαιτέρω ανάπτυξη και κλινικές δοκιμές. Τέτοια οφέλη δεν τεκμηριώθηκαν ως αποτελέσματα σε ασθενείς.

Αγγειακά Μεταμοσχεύματα Μικρής Διάμετρου

Ένα πιθανό πλεονέκτημα είναι η ανάπτυξη μοσχευμάτων μικρής διαμέτρου. Αυτά είναι δύσκολο να κατασκευαστούν, καθώς πρέπει να συνδυάζουν μηχανική αντοχή και κατάλληλη βιολογική λειτουργία. Οι ίνες μπορούν να αντιμετωπίσουν μέρος των μηχανικών περιορισμών.

Η προσέγγιση βελτίωσε τη μηχανική συμπεριφορά των εκτυπωμένων σωληνοειδών δομών και μπορεί να βοηθήσει στην κατασκευή πιο ακριβών ερευνητικών μοντέλων. Δεν σημαίνει ότι πολύ λεπτά εκτυπωμένα αγγεία είναι ήδη έτοιμα για συνήθη κλινική χρήση.

Μοσχεύματα μεγαλύτερου μήκους

Οι μακρύτερες δομές απαιτούν ομοιόμορφο πάχος τοιχώματος και επαρκή σταθερότητα. Χωρίς στήριξη, η υδρογέλη μπορεί να παραμορφωθεί ή να καταρρεύσει. Ο συνδυασμός εκτύπωσης και ινών εξετάζεται ως τρόπος βελτίωσης αυτών των χαρακτηριστικών.

Η ενίσχυση με νανοΐνες μπορεί να δημιουργήσει πιο ομοιόμορφα και ανθεκτικά τοιχώματα. Αυτό είναι χρήσιμο για την ανάπτυξη μακρύτερων ή πιο σύνθετων μοσχευμάτων. Δεν δείχνει ότι έχουν λυθεί όλα τα ζητήματα θρόμβωσης, κατάρρευσης ή εμφύτευσης.

Ερευνητές Καρδιαγγειακών Παθήσεων

Η έρευνα πραγματοποιήθηκε από τον Faraz Fazal και συνεργάτες στο Heriot-Watt University, σε συνεργασία με το Roslin Institute του University of Edinburgh. Συμμετείχαν επίσης οι Ferry P.W. Melchels, Andrew McCormack, Andreia F. Silva, Ella-Louise Handley, Nurul Ain Mazlan, Anthony Callanan, Vasileios Koutsos και Norbert Radacsi.

Εταιρείες που Μπορούν να Εκμεταλλευτούν τη Μελέτη Καρδιαγγειακών Παθήσεων

Η έρευνα ενδέχεται μελλοντικά να ενδιαφέρει εταιρείες ιατροτεχνολογικών προϊόντων. Οι ακόλουθες εταιρείες αποτελούν παραδείγματα δραστηριοποίησης στον χώρο· η μελέτη δεν επιβεβαιώνει ότι υιοθέτησαν τη μέθοδο ή ότι θα αποκομίσουν συγκεκριμένα έσοδα.

1. Abbott Laboratories

ABT Διάγραμμα τιμής

Η Abbott Laboratories (ABT ) ιδρύθηκε το 1888 και αναπτύσσει, μεταξύ άλλων, ιατρικές συσκευές, διαγνωστικά και προϊόντα διατροφής. Τα καρδιαγγειακά προϊόντα της περιλαμβάνουν ενδοπροθέσεις, καρδιακές βαλβίδες και άλλα εμφυτεύματα.

Η Abbott δραστηριοποιείται σε πολλές χώρες και τομείς υγείας. Η εμπειρία της στα καρδιαγγειακά προϊόντα την καθιστά σχετική με το θέμα, χωρίς αυτό να αποτελεί απόδειξη ότι χρησιμοποιεί τη συγκεκριμένη μέθοδο εκτύπωσης.

Η Abbott ανέφερε πωλήσεις 10,377 δισ. δολαρίων το δεύτερο τρίμηνο του 2024 και 20,341 δισ. το πρώτο εξάμηνο. Το αρχικό ποσό των 22 δισ. δολαρίων δεν είχε σαφή περίοδο αναφοράς. Η θέση της εταιρείας δεν εγγυάται επενδυτική απόδοση.

2. Boston Scientific Corporation

BSX Διάγραμμα τιμής

Η Boston Scientific Corporation (BSX ) ιδρύθηκε το 1979 στη Μασαχουσέτη. Προσφέρει, μεταξύ άλλων, ενδοπροθέσεις, βηματοδότες και εμφυτεύσιμους απινιδωτές για καρδιαγγειακές παθήσεις.

Η Boston Scientific εργάζεται επίσης για τη βιωσιμότητα και την αποδοτικότητα των δραστηριοτήτων της. Οι σχετικές διακρίσεις και οργανωτικές αλλαγές είναι στοιχεία αξιολόγησης, αλλά δεν εξηγούν αυτομάτως κάθε μεταβολή της μετοχής το 2024.

Το Μέλλον των 3Δ Εκτυπωτών στην Υγεία

Νέες μέθοδοι εκτύπωσης μπορούν να κάνουν πιο ευέλικτη την κατασκευή ερευνητικών μοντέλων και ιατρικών υλικών. Πριν χρησιμοποιηθούν σε ασθενείς, πρέπει να ελεγχθούν η ποιότητα και η ασφάλειά τους. Ακολουθούν άλλα συναφή ερευνητικά πεδία.

3Δ Εκτυπωμένα Φάρμακα

Η τρισδιάστατη εκτύπωση φαρμάκων εξετάζεται για πιο ευέλικτη δοσολογία και παραγωγή. Αναπτύσσονται επίσης μέθοδοι ελέγχου της δόσης και της ποιότητας κατά την εκτύπωση. Πρόκειται για χρήσιμη ερευνητική κατεύθυνση, όχι για απόδειξη ότι μια νέα μέθοδος ήδη σώζει εκατομμύρια ζωές ετησίως.

Τρισδιάστατα μοντέλα οργάνων σε μικροτσίπ

Για τη μελέτη φαρμάκων χρησιμοποιούνται μικρά συστήματα που μιμούνται επιλεγμένες ιδιότητες του σώματος. Ένα σύστημα «body-on-chip» μπορεί να υποστηρίξει ελεγχόμενες εργαστηριακές δοκιμές. Είναι ερευνητικό μοντέλο, όχι πλήρες ανθρώπινο όργανο ή εγγύηση ασφάλειας για ασθενείς.

Εκτύπωση Ιστού Εγκεφάλου

Ερευνητές κατασκεύασαν επίσης εκτυπωμένο ιστό όπου νευρώνες αναπτύσσονται και σχηματίζουν συνδέσεις μέσα σε μαλακή γέλη. Τέτοια μοντέλα μπορούν να μιμηθούν ορισμένα χαρακτηριστικά του εγκεφαλικού ιστού και να υποστηρίξουν την έρευνα. Δεν αποτελούν πλήρη εγκέφαλο ή καθιερωμένη θεραπεία.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να βοηθήσει ασθενείς με καρδιαγγειακές παθήσεις

Ο συνδυασμός εκτύπωσης και ενίσχυσης με ίνες μπορεί να συμβάλει στην ανάπτυξη καλύτερων αγγειακών μοσχευμάτων. Πριν από τη συνήθη χρήση χρειάζονται μελέτες μακροχρόνιας αντοχής, βιολογικής λειτουργίας και ασφάλειας. Πρόκειται για πιθανό βήμα προόδου και όχι ήδη αποδεδειγμένη σωτήρια θεραπεία.

Μάθετε για άλλα ενδιαφέροντα έργα 3D εκτύπωσης εδώ.