Sydän- ja verisuonisairaudet ovat johtava kuolinsyy Pohjois-Amerikassa – 3D-tulostus voisi muuttaa tämän.

Cardiovascular diseases continue to claim the lives of millions yearly across the globe. Unfortunately, it remains one of the top causes of death in most countries, and according to statistics, this trend is on the rise. Thankfully, some innovative researchers have revealed a new menetelmän of printing veins that could help improve bypass surgery patients’ results and usher in a new age of bioengineering. Here’s everything you need to know.

Sydän- ja verisuonisairaudet – Tilastot

Sydän- ja verisuonisairaus on Yhdysvalloissa ja useimmissa teollisuusmaissa maailmanlaajuisesti tärkein kuolinsyy. Monien tekijöiden, kuten epäterveellisen ruokavalion, alkoholin käytön, huonon ilmanlaadun ja tupakoinnin, on katsottu johtavan tähän tilanteeseen. Kaikki nämä tekijät voivat viedä henkilön sydän- ja verisuonisairauksien kehittymisen polulle.

Sydän- ja verisuonisairauksien hoito tänään

Kun tarkastelet vuosittain sydänsairauksien uhreja, ei ole yllättävää, että näille henkilöille on panostettu huomattavasti. Monissa tapauksissa vaaditaan ohitusleikkaus. Tämä toimenpide asettaa keinotekoisen suonen, joka ohittaa tukkeutuneen reitin ja luo uuden polun, jolloin veri voi virrata sujuvasti ja oikealla paineella.

Näiden verisuoniliitosten luominen on ollut tutkimuksen kohteena monien vuosien ajan, sillä on äärimmäisen vaikeaa jäljitellä suonta, jonka vahvuus ja ominaisuudet vastaavat luonnollisia versioita. Tällä hetkellä puristuspohjainen biotulostus ja hydrogeelimallit mahdollistavat ammattilaisille polkujen ja erityisten kanavien luomisen tarpeen mukaan. Näillä biotulostusmenetelmillä on kuitenkin rajoituksia.

Nämä rajoitukset sisälsivät heikomman kestävyyden, vahvuuden ja rakenteellisen eheyden. Tulostetut suonet eivät ole tarpeeksi vahvoja säilyttämään rakenteensa, kun ne venytetään tiettyjen etäisyyksien yli. Tämän seurauksena niiden epäonnistumisprosentti on korkeampi kuin lääketieteen ammattilaiset toivovat. Onneksi joukko tutkijoita on keksinyt innovatiivisia tapoja tehdä keinotekoisista suonista vahvempia ja pitkäkestoisempia.

Tutkimuksen tiedot

Tutkimus, “Yhteensopivan verisuoniliitoksen valmistus puristuspainatuksella ja elektrospinnausmenetelmillä“, käsittelee erilaisia tapoja parantaa näiden tulosteiden vetolujuutta ja paineenkestävyyttä, jotta potilaille voidaan tarjota luotettavampia pienikaaren verisuonirakenteita.

Elektrospinnausmenetelmä

Tutkijat esittelivät uuden näiden kohteiden luomismenetelmän, jota kutsutaan elektrospinnaukseksi. Tämä menetelmä integroi kuituvahvistuksen 3D-tulostettuihin gelMA-verisuoniliitoksiin. Merkittävää on, että uusi lisäainepohjainen 3D-tulostusjärjestelmä luotiin, joka yhdistää elektrostaattisen voiman kudotakseen nanokuiturakenteita keinotekoisiin suoniin.

Lähde – Advanced Materials Technologies

Tämä strategia mahdollisti tutkijoille suonten luomisen tasaisen seinämän paksuuden kanssa koko pituudelta. Lisäksi suonten rakenne suunniteltiin toimimaan kuin alkuperäisten kudosten solukalvon ulkopuolinen matriisi (ECM). Pystysuora pyörivä mandriilitulostusasetelma yhdisti kaksois-elektrospinnauspäät esilämmitettyyn gelMA-hydrogeeliin, jota syötettiin puristuspainatuksella toimivan tulostuspään kautta.

Huomionarvoista on, että pystymandriilia pyöritettiin 20 rpm:ssä. Tämä nopeus mahdollisti tutkijoille pitää hydrogeelin vakiona virtauksen nopeudella 0,22 mL min−1 18 G kapenevasta kärjestä. Erityisesti Gelatiini-metakryloyli (gelMA) valmistettiin testaukseen. Sitä sekoitettiin muiden lisäaineiden, kuten metakryylianhydriitin, kanssa ennen kuin se asetettiin fosfaattipuskuroituun suolaliuokseen. Tämä vaihe piti pH:n tasapainossa, mahdollistaen rakenteen kovettumisen tasaisesti valossa.

Nanokuidut

Kun gelatin-metakryloyli (gelMA) on kovettunut, siihen lisätään rakenteellinen kerros nanokuituja. Tämä lisäys vahvistaa keinotekoisia suonia. Nämä nanokuidut luotiin käyttäen erilaisia polykaprolaktoni (PCL) ja poly(L-laktaidi-co-ε-kaprolaktoni) (PLCL) polymeriliuoksia. Mielenkiintoista on, että nämä nanokuidut jakavat monia ominaisuuksia luonnollisten ihmisen lihaskuitujen kanssa.

Uusien menetelmien testaus

Tutkijat suorittivat erilaisia testejä tarkastellakseen luomustaan ja sen kykyjä. Merkittävää on, että testaus kattoi useita kategorioita, kuten paine, kapasiteetti, kestävyys ja muuta. Tutkijat käyttivät Kinexus Ultra+ -reometriä ensimmäisessä testikierroksessa. Laite asetettiin 40 mm hiekkapuhdistetulla rinnakkaislevypohjalla osana tätä lähestymistapaa.

Räjäytyspaine

Räjäytyspaineen testaus oli toinen tiimin ottama askel. Tämä oli olennaista, koska nykyisissä menetelmissä on ollut monia ongelmia alhaisemman kuin keskimääräisen räjäytyspaineen vuoksi verrattuna todellisiin ihmisen suoniin.

He aloittivat testaamalla kuituvahvistettua gelMA-liitosta räätälöidyllä Instron 3367 -universaalitestilaitteella. He pystyivät syöttämään luodun suonen samalla tavalla kuin sydän pumppaa, mikä mahdollisti tiimin nähdä, kuinka paljon painetta yksiköt kestävät.

Vetolujuus

Tutkijat testasivat vetolujuutta kaikissa suunnissa. Perinteiset menetelmät osoittautuivat hauraiksi venytettäessä tai murskattaessa, sillä geeli ei pystynyt säilyttämään ympyränsä laajennuksen aikana. Lisätty nanorakenne suunniteltiin estämään tämä.

Tiimi testasi varmistaakseen, että rakenteet kestävät sekä kehäradalla että pitkittäissuunnassa. Tulokset korostivat nanovahvistettujen verisuonireittien lisättyä kestävyyttä. Ne pystyivät säilyttämään rakenteensa testausolosuhteissa, jotka ylittivät vaatimukset.

Sytotoksisuustesti

Toinen huolenaihe oli, miten keho hyväksyy nämä toimenpiteet. Sytotoksisuustesti suoritettiin vahvistamaan, että nämä uudet suonet eivät hylkääntyisi välittömästi elimistössä. Tulokset osoittivat samankaltaisia tuloksia kuin nykyisissä menetelmissä, mutta parempaa suorituskykyä kestävyyden ja tasaisuuden osalta.

Testitulokset – Sydän- ja verisuonisairaudet

Testitulokset osoittivat, että tiimi on onnistuneesti luonut keinotekoisia suonia, joiden ominaisuudet ovat samankaltaisia kuin luonnollisilla vastineilla. Räjäytyspaineen testauksessa ja vetolujuuden tarkastuksissa nämä yksiköt toimivat kuin todellinen ihmisen kudos, avaten oven uudelle aikakaudelle 3D-tulostetuissa biomateriaaleissa.

Sydän- ja verisuonisairauksien tutkimuksen hyödyt

On monia etuja, jotka liittyvät kykyyn 3D-tulostaa suonia, jotka ovat yhtä vahvoja kuin luonnolliset verisuonet. Yksi näistä on, että se mahdollistaa terveydenhuollon ammattilaisten pääsyn näihin palveluihin helpommin. Kun yhä useammat ihmiset kohtaavat terveysriskejä, on varmaa, että kysyntä sydän- ja verisuoniterveyden tuotteille kasvaa.

Alhaisemmat kustannukset

Nykyiset sydänohitusmenetelmät ovat tehokkaita, mutta kaipaavat parannusta. Tämä uusin kehitys parantaa niiden tuloksia ja tekee näistä vaihtoehdoista edullisempia massoille. Tämä tutkimus mahdollistaa näiden tuotteiden johdonmukaisen ja helpon tulostamisen tarpeen mukaan. Tulevaisuudessa nämä kustannukset laskevat entisestään, kun tiimi laajentaa materiaalitutkimustaan ja -kehitystään.

Pienikaaren verisuoniliitokset

Yksi tämän löydön tärkeimmistä eduista on, että se mahdollistaa terveydenhuollon ammattilaisten luoda pienikaaren verisuoniliitoksia. Aikaisemmin suonten tulostusmenetelmät olivat rajoitettuja siinä, kuinka ohuita ne pystyivät tekemään kulkureittejä. Tämä rajoitus johtui rakenteellisen eheyden puutteesta.

Uusin kehitys parantaa ultraohuiden bio-tulostettujen suonten rakenteellista suorituskykyä, mikä mahdollistaa tutkijoiden luoda pienempiä ja tarkempia malleja tarpeen mukaan. Lisäksi näiden kestävien vaihtoehtojen tulostamiseen kuluu vähemmän aikaa.

Pidempi liitos

Toinen merkittävä hyöty, jonka tämä tutkimus tuo alalle, on kyky tulostaa suurempia liitoksia. Aikaisemmissa menetelmissä käytetty geeli ei ollut rakenteellisesti kestävä kestämään paineen vaihteluita pidemmillä tulosteilla. Kun suonen pituus kasvoi, paineen heilahtelut ja romahtamisen riski nousivat.

Tämä uusi nanokuituvahvistuksella toteutettu 3D-tulostusmenetelmä poistaa tämän ongelman, koska jokaisella suonen osalla on yhtäläinen vahvuus ja paksuus. Tämä lähestymistapa mahdollistaa monimutkaisempien ja pidempien uudelleenreititysten toteuttamisen, mikä voi pelastaa monia henkiä tulevina vuosina.

Sydän- ja verisuonisairauksien tutkijat

Tutkimusta johti Faraz Fazal ja se toteutettiin Heriot-Wattin yliopistossa yhteistyössä Edinburgin yliopiston Roslin-instituutin kanssa. Projektiin osallistuneita muita tutkijoita ovat Ferry P.W. Melchels, Andrew McCormack, Andreia F. Silva, Ella-Louise Handley, Nurul Ain Mazlan, Anthony Callanan, Vasileios Koutsos ja Norbert Radacsi.

Yritykset, jotka voivat hyödyntää sydän- ja verisuonisairauksien tutkimusta

Tämä uusin löytö tulee varmasti aiheuttamaan aaltoja lääketieteen alalla. Tämä löytö voi parantaa miljoonien ihmisten elämää ja samalla tuoda tuloja yrityksille, jotka ovat tarpeeksi älykkäitä hyödyntämään sen ajoissa. Tässä on muutamia yrityksiä, joilla on valmiudet toteuttaa tämä tehtävä.

1. Abbott Laboratories

ABT Hintakaavio

Abbott Laboratories (ABT ) on toiminut vuodesta 1888 lähtien ja on johtava sydän- ja verisuoni-, neurologinen sekä aineenvaihduntaan liittyvä terveydenhuollon tarjoaja. Yritys tarjoaa stenttejä, sydänläppäitä ja implantoitavia laitteita, joita käytetään maailmanlaajuisesti auttamaan sydän- ja verisuonisairauksista kärsiviä.

Yrityksellä on useita toimistoja ja se työllistää yli 90 000 ihmistä maailmanlaajuisesti. Sillä on patentteja useisiin sydämenhoitolaitteisiin ja tuotteita yli 100 markkinassa. Nykyään Abbott Laboratories on yksi tunnetuimmista nimistä sydänhoitoalalla. Valmistaja on nähnyt merkittävää kasvua viime aikoina innovaation ja markkinaposition yhdistelmän ansiosta.

Abbott Laboratories on varmistanut 22 miljardia dollaria liikevaihtoa vuonna 2024 viimeisimpien lausuntojen mukaan. Se on myös listattuna maailmanlaajuisesti New Yorkin, Chicagon, Tyynenmeren, Sveitsin ja Lontoon pörsseissä. Kaikki nämä tekijät ja yrityksen omistautuminen johtaa sydänhoidon edistämiseen tekevät tästä osakkeesta fiksin lisän salkkuusi.

2. Boston Scientific Corporation

BSX Hintakaavio

Boston Scientific Corporation (BSX ) perustettiin vuonna 1979 Massachusettsissa. Se nousi nopeasti markkinoilla tullakseen johtavaksi sydänlaitteiden tarjoajaksi; tänä päivänä se on parhaiten tunnettu stenteistään, sydämentahdistimista ja implantoitavista defibrillaattoreista. Nämä laitteet auttavat pelastamaan tuhansia ihmishenkiä maailmanlaajuisesti vuosittain.

Lisäksi yritys on tehnyt useita lupauksia luodakseen kestävämmän markkinan. Heidät on tunnustettu ponnisteluistaan, mukaan lukien sijoittuminen Dow Jones Sustainability Indexiin ja Forbesin listaus Amerikkalaisina oikeudenmukaisimpina yrityksinä. Merkittävää on, että Boston Scientific Corporation on äskettäin käynyt läpi yritysjärjestelyn, jonka tavoitteena oli tehostaa toimintaa ja vahvistaa sijoittajien luottamusta. Tämä toimenpide tuotti suuria tuloksia, ja yritys on osoittanut positiivista osakekehitystä vuonna 2024.

3D-tulostimien tulevaisuus terveydenhuollossa

Terveydenhuollon tulevaisuus riippuu kyvystä saada nämä edulliset ratkaisut yleisölle. Tämä uusi hybridimenetelmä voi raivata tietä nopeammalle ja edullisemmalle terveydenhuollolle niille, jotka sitä eniten tarvitsevat. Tässä on joitakin muita 3D-tulostuksen terveysinnovaatioita, jotka aiheuttavat aaltoja.

3D-tulostetut lääkkeet

3D-tulostettujen lääkkeiden ala laajenee uusien valmistustekniikoiden kehittyessä viikoittain. Tämä kuukausi toi mukanaan jännittäviä edistysaskeleita, kun tutkijaryhmä kehitti tavan tarkistaa annostus ja laatu reaaliaikaisesti. Tämä kehitys voisi mahdollistaa lääkkeiden nopeamman tulostamisen myös syrjäisillä alueilla, pelastaen miljoonia henkiä vuosittain.

3D-tulostetut elimet

Kun ajattelet 3D-tulostetun lääketieteen kehittämistä, et ehkä ajattele, missä ja miten näitä luomuksia testataan. Onneksi innovatiivinen insinöörien tiimi on luonut 3D-”body-on-chip” -tulostimen, jonka avulla lääkkeitä voidaan testata perusteellisesti turvallisessa ympäristössä. Uusi menetelmä vähentää kustannuksia ja mahdollistaa tutkijoille luoda erityisiä kehon ominaisuuksia testattavaksi.

Aivojen kudoksen tulostus

Biotulostus on kuuma aihe, joka avaa ovia uusille hoidoille ja toimenpiteille. Insinöörit ovat työskennelleet vuosia tiettyjen kehon kudostyyppien uudelleenluomiseksi. Ensimmäistä kertaa tutkijat ovat onnistuneesti luoneet kudoksen, joka jäljittelee aivojen kudosta laboratoriossa. 3D-tulostettu vaihtoehto sisältää pehmeän geelin, jonka avulla neuronit voivat kasvaa ja olla vuorovaikutuksessa keskenään, jäljitellen aivojen normaalia toimintaa.

3D-tulostus voi auttaa sydän- ja verisuonisairauksista kärsiviä potilaita

Nämä kehitykset avaavat oven uudelle tasolle sydän- ja verisuoniterveyden hoidossa, jossa tarjoajat voivat antaa apua nopeammin ja tehokkaammin. Vahvempien, pidempien ja turvallisempien sydänhoitojen luominen vähentää epäonnistumisprosenttia ja voi pidentää miljoonien potilaiden elämää tänään. Tästä syystä sinun kannattaa odottaa kuulevasi lisää tästä tutkimuksesta tulevina kuukausina.

Tutustu muihin hienoihin 3D-tulostus projekteihin nyt.