Хотя аналогичные операции были выполнены с использованием донорских тканей и дыхательных путей, созданных из стволовых клеток, это первый раз, когда 3D-печать была использована для лечения трахеобронхомаляции – по крайней мере, у человека.
Мэтью Уиллер, профессор зоотехники Университета Иллинойса и участник исследовательской темы регенеративной биологии и тканевой инженерии в Институте геномной биологии (IGB), работал с командой из пяти исследователей над испытанием напечатанных на 3D-принтере биорезорбируемых шин для дыхательных путей у свиней. , или свиньи, животные модели с тяжелой, опасной для жизни трахеобронхомаляцией.
«Если обещание тканевой инженерии будет реализовано, наши трансляционные исследования должны быть« переведены »из нашей лаборатории и экспериментальной хирургии в больницу и клинику», – сказал Уилер. "Модель с изображением крупного животного – это путь, по которому это устройство можно перенести со скамейки на прикроватную тумбочку."
Более 40 лет свиньи служат моделями для медицинских исследований, потому что их физиология очень похожа на человеческую.
Помимо трахеобронхомаляции, свиньи были биомедицинскими моделями мышечной дистрофии, диабета и других заболеваний. Команда решила использовать двухмесячных свиней для этого исследования, потому что их трахеи имеют биомеханические и анатомические свойства, аналогичные растущей трахее человека.
«По сути, все наши открытия в клинической медицине человека были изначально протестированы или усовершенствованы на животных моделях», – сказал Уилер. "Используя модели на животных, ученые и врачи могут совершенствовать методы, лекарства и материалы, не рискуя человеческими жизнями."
Сначала Уиллер отправил компьютерную томографию трахеи свиньи Скотту Холлистеру, профессору биомедицинской инженерии в Мичиганском университете.
Холлистер использовал компьютерную томографию и программу 3D CAD для создания и печати шин. Эти устройства были изготовлены из одобренного FDA материала под названием поликапролактон или PCL, который Уиллер использовал в более чем 100 процедурах на крупных животных.
Затем Уиллер разработал стратегию внедрения устройства, а доцент кафедры детской отоларингологии Университета штата Мэриленд Гленн Грин провел хирургическую процедуру.
После наложения шины симптомы трахеобронхомаляции свиней исчезли.
"Вся наша работа вдохновлена врачами", – сказал Уиллер. "Младенцы, страдающие трахеобронхомаляцией, были доставлены к хирургам по лечению ушей, носа и горла, но у них не было никаких вариантов лечения. Они обратились к нам, чтобы разработать лекарство."
Кайба (KEYE’-buh) Гионфриддо было шесть недель, когда он внезапно перестал дышать и посинел в ресторане вместе со своими родителями. В результате тяжелой трахеобронхомаляции его сердце часто переставало биться, и, несмотря на помощь аппарата искусственной вентиляции легких, докторам приходилось ежедневно реанимировать его.
Эйприл и Брайан Гионфриддо считали, что шансы их сына на выживание невелики, пока Марк Нельсон, врач детской больницы Акрон в Огайо, не упомянул, что исследователи из Мичиганского университета тестировали шины для дыхательных путей, аналогичные тем, которые использовались в исследовании Уиллера.
После получения экстренного разрешения от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов Холлистер и Грин использовали лазеры с компьютерным управлением для печати, укладки и сплавления тонких слоев пластика, чтобы составить шину Кайбы.
Шина была наложена вокруг дыхательных путей Кайбы, чтобы расширить его разрушенный бронх и обеспечить поддержку роста тканей. Прорезь сбоку шины позволяет ей расширяться по мере роста дыхательных путей Кайбы.
Примерно через три года, после того, как трахея Кайбы восстановится, его тело реабсорбирует шину по мере разрушения PCL.
Вскоре трахеотомическая трубка Кайбы будет удалена через год без каких-либо кризов дыхания. Его история успеха дает надежду на других детей, рожденных с этим заболеванием, примерно у 1 из 2100 рождений.
«Это не очень редко», – сказал Уиллер. "Это действительно не так.
Я думаю, что для всех нас очень приятно знать, что мы вносим свой вклад в лечение или даже излечение этой болезни."
Для демонстрации долгосрочной жизнеспособности этой процедуры, прежде чем ее можно будет использовать для спасения жизней других детей, рожденных с этим заболеванием, необходимо больше данных из испытаний на крупных животных, проведенных Уилером.
В будущих исследованиях Уиллер планирует добавить в шину стволовые клетки, чтобы ускорить заживление.