Oprettelse af en 3D-trykt bioresorberbar luftvejsstent

Indsnævring af luftrøret eller hovedbronkierne på grund af skade eller sygdom kan ende meget dårligt. Hvis patienter får for lidt luft, ilt, de risikerer at blive kvalt og har ofte brug for lægehjælp så hurtigt som muligt.

Kirurger indsætter stenter fremstillet af medicinsk anvendelig silikone eller metal som en måde at behandle disse patienter på. Selvom de hurtigt giver lindring, implantaterne har også ulemper:Metalstenter skal fjernes kirurgisk med en vis indsats, hvilket er en byrde for patienterne, mens silikonestenter ofte vandrer væk fra indsættelsesstedet. Grunden til dette er, at implantaterne ikke er tilpasset en patients anatomi.

Et forskerhold i ETH Zürich, sammensat af medlemmer af de komplekse materialer og lægemiddelformulerings- og leveringsgrupper, har nu udviklet en luftvejsstent sammen med forskere fra University Hospital Zurich og University of Zurich; det er skræddersyet til patienter og bioresorberbart, (dvs. det opløser gradvist nedbrydninger efter implantation). Disse stenter fremstilles ved hjælp af en 3D-udskrivningsproces kendt som digital lysbehandling (DLP) og lysfølsomme harpikser, der er specielt tilpasset dette formål.

Først, forskerne opretter et computertomografibillede af en bestemt del af luftvejene. Baseret på dette, de udvikler en digital 3D-model af stenten. Dataene overføres derefter til DLP -printeren, som producerer den tilpassede stent lag for lag.

I DLP -processen, en byggeplatform er nedsænket i et reservoir fuld af harpiks. Platformen udsættes derefter for UV -lys på de ønskede steder i henhold til den digitale model. Hvor lys rammer harpiksen, det hærder. Platformen sænkes lidt, og det næste lag udsættes for lyset. På denne måde, det ønskede objekt oprettes lag for lag.

Speciel harpiks udviklet

Indtil nu, DLP -teknologi kunne kun producere stive og sprøde genstande ved hjælp af bionedbrydelige materialer. ETH -forskerne, derfor, udviklet en særlig harpiks, der bliver elastisk efter lyseksponering.

Denne harpiks er baseret på to forskellige makromonomerer. Materialegenskaberne for objektet, der produceres med det, kan styres af længden (molekylvægt) af de anvendte makromonomer og af deres blandingsforhold, som forskerne viser i deres seneste undersøgelse i Videnskab fremskridt .

Så snart UV -lys rammer harpiksen, monomerer forbinder sig og danner et polymernetværk. Da den nyudviklede harpiks er for tyktflydende ved stuetemperatur, forskerne skulle behandle det ved temperaturer på 70 til 90 grader Celsius.

Forskerne producerede flere harpikser med forskellige monomerer og testede prototyperne, de lavede af dem for at se, om materialet er cellekompatibelt og bionedbrydeligt. De testede også prototyperne for elasticitet og for mekanisk belastning såsom kompression og spænding.

Endelig, forskerne brugte materialet med de ønskede egenskaber til at fremstille stents, som blev testet på kaniner.

Indsættelse af stenterne krævede også et specielt instrument, da de 3D-printede objekter skal leveres foldet. Dette kræver, at iThe -implantaterne ikke kan knækkes eller klemmes i den forkerte retning, og at de skal udfolde sig perfekt på deres placeringssted.

Forskerne inkluderede guld i stentens struktur for at lette brugen af ​​medicinsk billeddannelse til at spore dens placering under indsættelse. Dette gør stenten mere robust, men ændrer ikke dens tolerabilitet.

Vellykkede tests, gode udsigter

Testene på kaniner udført af forskergruppen Daniel Franzen, Overlæge ved pneumologisk afdeling på Universitetshospitalet i Zürich, og Vetsuisse -fakultetet havde succes. Forskerne kunne vise, at implantaterne er biokompatible, og at de absorberes af kroppen efter seks til syv uger. Ti uger efter implantation, stenten var ikke længere synlig på røntgenbilleder. Ud over, de indsatte stenter bevægede sig generelt ikke fra deres indsættelsessted.

"Denne lovende udvikling åbner mulighed for hurtig produktion af tilpassede medicinske implantater og udstyr, der skal være meget præcise, elastisk og nedbrydeligt i kroppen, "siger Jean-Christophe Leroux, Professor i lægemiddelformulering og levering ved ETH Zürich. Yderligere forskning vil fokusere på at gøre indsættelsen af ​​stenterne så skånsomme som muligt.

Desuden, processerne skal udformes på en sådan måde, at produktionen er mulig på anvendelsesstedet, eller i det mindste ville indebære korte forsyningskæder. Processen er stadig i laboratorieskala. "Imidlertid, at producere sådanne stents i stor skala er en kompleks virksomhed, som vi stadig skal studere bedre, siger André Studart, leder af Complex Materials Group på ETH. Imidlertid, han siger, at teknikken relativt let kan overføres til lignende medicinske anvendelser. ”Det er derfor forhåbentlig kun et spørgsmål om tid, før vores løsning finder vej til klinikken, «siger professoren.

Undersøgelsen er offentliggjort i Videnskab fremskridt .