Fantomprojekt:Student 3-D udskriver det første menneske til stråleterapiforskning

Kun 1 år gammel, hun er 5 fod 1 tomme høj og vejer 15 pund. Hun kan holde 36 liter vand i op til 4 1/2 time. Hun har et aftageligt hoved, men forbliver ansigtsløs. Hun hedder Marie, og nej, dette er ikke hendes online profil.

For det seneste år, LSU Biological and Agricultural Engineering senior Meagan Moore fra Baton Rouge har arbejdet på at 3D-printe den første "menneskelige krop" i faktisk størrelse til forskning i stråleterapi. Phantom Project, også kendt som Marie, vil hjælpe med at teste strålingseksponering på et menneske i virkelig størrelse for at finde ud af den bedste vinkel til dosisfordeling.

"Fantomer er blevet brugt i medicinsk og sundhedsfysik i årtier som surrogater for menneskeligt væv, " sagde Moore. "Problemet er, at de fleste dosimetriske modeller i øjeblikket er lavet ud fra en standard, når mennesker af alle kropstyper får kræft. Der eksisterer i øjeblikket ingen personlige helkropsfantomer."

Mens nuværende fantomer koster $40, 000, har ingen lemmer, og repræsenterer ikke alle kropstyper, Marie repræsenterer en hel menneskekrop, der er mere realistisk og kun koster $500 at skabe. Ved at bruge 3D-scanninger af fem rigtige kvinder, der blev anskaffet fra Pennington Biomedical Research Center, Moore udviklede et naturtro kvindeligt fantom lavet af bioplast, der kan fyldes med vand for at etablere varierende tæthed svarende til en patient.

"Jeg ønskede specifikt at arbejde med en kvinde, fordi i videnskab, kvinder bliver typisk ikke undersøgt, fordi de anses for komplekse på grund af en række forskellige årsager, " sagde Moore. "Jeg vil have en person med den mest komplekse geometri."

Det tog 136 timer at udskrive Marie i fire sektioner på BigRep-printeren i LSU's Atkinson Hall. For at forbinde sektionerne, Moore brugte en kombination af sautering, svejsning, og sandblæsning. Hun brugte endda en hammer og mejsel til tider til at fjerne plastikstykker uden at skade Marie. Det største problem var at finde ud af, hvor røret skulle placeres til dosismålinger. Det endte med at gå ned ad midterlinjen fra hendes hoved til hendes bækkenbund.

For at teste fantomet på multi-million-dollar udstyr, Der skulle først udføres flere vandprøver. Under hver test, 36 liter vand blev hældt i Marie for at se, om hun kunne holde den vægt i 4 1/2 time. Moore improviserede derefter ved at bruge et PVC-rør til at fange de "driblinger", der kom ud af nogle områder.

"Denne proces gør mig altid nervøs, men jeg ved, at den ikke vil briste, fordi den har tætningsmasse, der dækker den, " sagde Moore. "Måden Marie er formet på hjælper også."

Inden vandprøven, Marie blev belagt med flydende latex og lilla tagtætningsmasse for beskyttelse. Hvorfor lilla fugemasse?

sagde Moore. "Det viser sig, at farven matcher LSU og University of Washington. Hun bærer også sine skridsikre LSU-sokker."

I oktober sidste år, Moore bragte Marie til University of Washington Medical Cyclotron Facility i Seattle, hvor forskere var interesserede i at teste hurtig neutronterapi på hende. Denne type terapi - en specialiseret og kraftfuld form for ekstern strålebehandling - bruges ofte til at behandle visse tumorer, der er radioresistente, hvilket betyder, at de er ekstremt svære at dræbe ved hjælp af røntgenstrålebehandling.

"UW og Oregon Health and Science University kom ind på projektet for ganske nylig, " sagde Moore. "De byggede en kiste, som Marie kunne sendes i. Jeg gav arbejdere og håndværkere en grundig beskrivelse af, hvordan de skulle tage sig af hende."

Maries tur blev skabt af LSU Medical Physics Program Director og professor Wayne Newhauser, som ikke kun fungerede som Moores mentor på Phantom Project, men kendte også forskere på vestkysten, som ville være interesserede i projektet.

"Den oprindelige idé til hele projektet var ikke helt min idé, " sagde Moore. "Dr. Becky Carmichael [LSU Communication Across the Curriculum science koordinator og TEDxLSU speaker coach] fortalte Dr. Newhauser, at han skulle tale med mig. Jeg mødte ham til hans TED Talk, hvor han lavede en præsentation om 3D-print, og hvordan det hænger sammen med videnskab. Da jeg lige var begyndt at lave min egen 3D-modellering, Jeg viste ham mine 3D-print. Dette projekt tog fart fra hans arbejde med brystkræft og beregningsmodellering.

"En grund til, at jeg kan lide at arbejde med Dr. Newhauser, er, at han er god til at finde ja'erne, " tilføjede Moore. "Det er det, der skubber hvert projekt til at eksistere. Ikke bare at have en idé, men handlingen bag ideen. Det er den slags miljø, jeg kan lide at arbejde i, hvor vi kan få noget til at ske."

Kunst og Videnskab

Moore tilmeldte sig LSU som BAE-studerende sidste efterår, fordi hun følte, at disciplinen var en platform, hvor hun kunne kombinere kunst og videnskab.

"Dette projekt startede fra et kunstperspektiv, blev så videnskab, " sagde Moore, som oprindeligt ønskede at fordoble hovedfaget i kunst og videnskab, før han opdagede BAE. "Jeg elsker at tale om grænsefladen mellem kunst og teknik, fordi jeg tror, ​​det er virkelig vigtigt for, hvordan jeg eksisterer i videnskabens område på mange måder."

Moores kærlighed til videnskab i en ung alder inspirerede hende til at studere neurovidenskabelig forskning på Centenary College i Shreveport i lidt mere end et år.

"Jeg har altid vidst, at jeg ville lave videnskab, " sagde hun. "Jeg lavede kunst med noget af den videnskab, jeg lavede, og til sidst indså jeg, at jeg bare tap-dansede rundt og lavede ingeniørarbejde. Det biomedicinske ingeniørmiljø kom ligesom sammen, og jeg tænkte, 'Det er det, jeg allerede gør. Det er det, jeg skal gøre i livet.'

"Jeg skabte en tværfaglig rolle for mig selv ved at tage lidt længere tid at arbejde på min uddannelse, " fortsatte hun. "Jeg er i stand til at arbejde i mange forskellige programmer og bruge en masse værktøjer. Jeg ville elske at tage en grad og komme videre, men jeg lærer anderledes, og hvis jeg kan tage del i processen, mens jeg lærer, det er noget af et utroligt setup."

Hvad angår Marie, hvis navn er en kombination af Marie Curie (strålingsforsker), Marie Antoinette (aftageligt hoved), og Marie Laveau (lilla symbolik), Moore håber, at personlige kopier af hende vil blive skabt og brugt på det medicinske område til mere præcist at behandle kræftpatienter.

"Det, jeg gerne vil se for dette projekt, er forskningen, der skal bruges som grundlæggende arbejde for at tilpasse kræftbehandlinger til mennesker med mere komplekse behandlinger, " sagde Moore. "Børn og brystkræftpatienter har virkelig forskellig morfologi, som normalt er meget vanskelig at behandle. Jeg oplever, at jo mere vi lærer om enhver krop, jo mere komplekst bliver det. Vi tager stadig medicin forkert på mange niveauer. Vi har meget at lære."