3Dプリンターで作った人工心臓弁
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人工心臓弁の製造は近年大幅に進歩しており、その製造にはさまざまな方法や材料が利用可能です。 ファーガルコールター XNUMXつにあります 研究プロジェクト バイオからインスピレーションを得たもの 人工心臓弁 im 3D圧力 プロセス 製造された。 この記事では、積層造形におけるコンピューター断層撮影測定にこのシリーズのディスペンサーがどのように使用されるかについて説明します。 エコペン から Viscotec 娘Preeflowが使用されます。
コンテンツ
- 人工心臓弁の現状と動向
- ファーガル・コールターは顧客固有のポリシロキサンに依存しています
- ディスペンサーは人工心臓弁とステントを印刷します
- 将来の心臓弁手術のために
- 人工心臓弁とは何ですか?
- 新しい心臓弁を付ければどれくらい生きられますか?
- 人工心臓弁にはどのような種類がありますか?
人工心臓弁の現状と動向
人工心臓弁の製造に使用される最も一般的な方法は、機械的設計と生物学的設計です。 で 機械的な心臓弁 金属合金（チタンなど）やポリマー（カーボンファイバーなど）などの耐久性のある素材で作られたフラップです。 耐久性に優れ長寿命のフラップです。 ただし、生体弁よりも柔軟性が低く、血栓のリスクを軽減するために抗凝血剤を生涯使用する必要があります。
生物学的心臓弁 通常は豚や牛などの動物組織から作られます。 これらの弁はより自然な機能を提供し、生涯抗凝血剤を使用する必要はありません。 ただし、有効期限があり、時間が経つと交換が必要になる場合があります。
近年、新しいプロセスや材料が登場しました。 B. 古いスメロフカッター心臓弁を交換し、機械的心臓弁と生物学的心臓弁の利点を組み合わせます。 この例としては、いわゆる 生物学的機械弁動物組織と耐久性のある素材を組み合わせて作られています。 これらのバルブは、純粋な生物学的バルブと比較して耐久性と機能性が向上しています。
さらに、また、 新素材 心臓手術用の人工心臓弁の開発をさらに進めるための生体適合性ポリマーや組織工学技術など。 これらの材料は人工弁の耐久性と性能を向上させる可能性を秘めています。
人工心臓弁の製造におけるもう XNUMX つの傾向は、 パーソナライズされたフラップ。 高度なイメージング技術と 3D プリンティング プロセスにより、心臓弁を患者の特定のニーズに合わせて調整できます。 これにより、フラップのフィット感と機能性が向上します。
全体として、人工心臓弁の製造は継続的な開発プロセスの中にあります。 現在の傾向は、患者の生活の質を向上させ、再手術の必要性を減らすために、バルブの耐久性、機能性、カスタマイズ性の向上に重点を置いています。
ファーガル・コールターは顧客固有のポリシロキサンに依存しています
の複雑な材料グループのファーガルコールター チューリッヒETH 人工心臓弁の製造には、化学物質を含む顧客固有の医療グレードのポリシロキサンを使用しました。 UVトリガー重合後、これらは硬い、中程度、または柔らかいシリコーンになります。 これらの材料は、細胞毒性、刺激性、皮膚感作性の生体適合性基準を満たしています。1
層ごとに構築された人工心臓弁
からの結果に基づいて 計算されました 患者の個別の 3D プリントマンドレルが作成されます。 Preeflow Eco-PEN300 1K ディスペンサーでは、最初の製造ステップで人工心臓弁の一部がマンドレルに適用されます。 また、ディスペンサーはシリコーン強化繊維をリーフレットに適用し、エッジを強化します。
心臓弁の個々の領域も 大動脈内三角形、患者の大動脈根のスキャンに従って構築されます。 次に、シリコーンは UV 光で架橋されます。 大動脈弁置換術の積層造形の第 XNUMX ステップでは、大動脈基部がシリコン型として作成されます。
Aは一時的にバルブをカプセル化するようになります アルジネート 使用するために。 このキャップは大動脈弁を保護します。 また、張り出した人工血管システムや一体型ステントの適用も可能になります。
この目的のために、アセンブリは1次元レーザーでスキャンされます。 表面はコンピューターで仮想的に再現されます。 ステントのオーセティックジオメトリのツールパスが計算されます。 その後、ディスペンサーで再度印刷されます。
印刷された支柱の厚さは約0,3mmです。 ザ・ バルブマンドレル 削除することができます。 アルギン酸塩キャップは、オーブンでの脱水によって取り外されます。 コーティングが中間ステップとしてスプレーされたかどうかに応じて、覆われたまたは有窓の大動脈ステントを備えた患者固有の人工心臓弁が得られる。
人間の生物学に触発された
人工心臓弁は人間の生物学に基づいており、 3リーフレットハートバルブ。 形状は個別であり、オーダーメイドの合成製品につながります。
デジタルファブリケーションが可能にする 心臓弁プロテーゼ 機能的なインプラントとして。 3D印刷プロセスは、既存の機械式心臓弁や組織で作られた弁と比較して、将来有望であると見られています。
人工心臓弁の付加製造のXNUMXつの理由
- 患者の心臓弁のCTスキャンに基づいて、完全に個別の心臓弁を作成することができます。
- 3Dプリントされた人工心臓弁は安価に製造できます。
- 使用されている材料により、免疫抑制剤または血液希釈剤は将来不要になる可能性があります。
- 印刷された心臓弁の設計と形状は、機能性と同様に生物学的モデルに類似しています。 これは、生理学的血圧に関するコールターの実験で詳細にテストされました。
- 印刷された繊維強化心臓弁は、わずかに機械的にストレスがかかり、優れた血行動態を持っています。 （=血管系における血液の動きの研究）。
ディスペンサーは人工心臓弁とステントを印刷します
Eco-PENディスペンサーのタスク 心臓弁と弁尖弁の安定性を確保することです。 生理学的条件下で使用されたときにシステムが崩壊しないように。 上記のように、Eco-PEN300は、心臓弁の一部とステント（=血管または中空器官を開いたままにする医療用インプラント）または安定性のためのステントのような構造を印刷します。 Eco-PENは、心臓弁の足場も構築します。
このデリケートな領域での実装では、の領域で絶対的に一貫した精度 マイクロドーズ：このような少量の投与での繰り返し精度を保証する必要があります。 Viscotecの軽量Preeflowディスペンサーはここで説得力がありました。 Preeflow投与技術は、機敏な投与技術によって補完されます ロボットシステム。 針は常に正確に製造されたマンドレルを垂直に指す必要があるためです。
Preeflowディスペンサーの使用に関するFergalCoulter：「Eco-PENは優れたものです。 押出機 いくつかの異なる印刷用 材料異なる粘度とレオロジー特性を持っています。 ディスペンサーの正確な体積投与により、長時間の印刷中の材料の流れの変動がなくなります。 さらに、これにより、一定の材料の流れを実現するために圧力プロファイルを適合させるために必要な時間が短縮されます。
高精度ディスペンサーの利点
プリフローディスペンサーは簡単かつ柔軟に接続できます 個々の形状 合わせる。 簡単に統合できるように、Eco-PEN300は300 µmの距離で、適用される表面の湾曲に垂直に使用されます。 99％を超える絶対反復精度で最小の投与量を実現できます。
3D印刷プロセスの表現
3D印刷市場の要件を満たすために、Viscotecは2016年に独自の事業を開始しました 開発添加剤製造 生き返った。 これに関連して、ポートフォリオも拡大されました。 その間、これにより、3成分およびXNUMX成分の流体とペーストを印刷でき、添加剤の製造にさらに適したさまざまなXNUMXDプリントヘッドが生まれました。
将来の心臓弁手術のために
FergalCoulterによるビジョン 今後の研究 幹細胞を印刷し（幹細胞を組み込む）、フラップに組み込むことができるようにする必要があります。 これは、個人の形態に対応します。
これはまだ遠いですが、すでに初期のアイデアがあります セルロードハイドロゲル 3D印刷で使用されます。 このようなプロジェクトは、PreeflowEco-PENでも実施されました。生細胞は損傷することなく投与されました。 アプリケーションは、スポーツウェアの「生きている」換気スロットでした。
一般的な技術知識
人工心臓弁とは何ですか?
人工心臓弁は、 心臓弁に欠陥があるか病気の患者の自然な血流を回復する医療インプラント。 人工心臓弁には、機械式と生物学的な XNUMX つの主なタイプがあります。 人工弁を移植する場合、患者は人工心肺装置に接続され、手術中に心臓と肺の機能を引き継ぐ必要があります。 人工心臓弁は、正常な心臓機能と血流を可能にすることで、異常な心拍リズムを治療するためにも使用できます。
新しい心臓弁を付ければどれくらい生きられますか?
新しい心臓弁が挿入された後の寿命は、患者の年齢や一般的な健康状態、使用される弁の種類（機械的または生物学的）、その他の併存疾患などのさまざまな要因によって大きく異なります。
医学雑誌の研究によると 10年生存率 人工心臓弁を装着した患者の場合、機械弁が使用されているか生物学的弁が使用されているかに関係なく、現在では 50 ～ 60% です。
80歳を超える高齢患者、または平均余命が10年未満の若い患者の場合、 経カテーテル大動脈弁移植 実施した。
機械心臓弁の利点は、生涯にわたる抗凝固治療が必要であるにもかかわらず、実質的に寿命が無期限であることです。 人工心臓弁を装着したほぼすべての患者は、制限なく通常の生活を送ることができます。 現在、平均余命はそれほど制限されていません。
人工心臓弁にはどのような種類がありますか?
現代医学では、欠陥のある、または病気になった自然の心臓弁を置き換えるためにいくつかのタイプが使用されています。 最も一般的に使用されるのは、機械的心臓弁と生物学的心臓弁です。
- 機械式心臓弁 金属や特殊プラスチックなどの耐久性のある素材で作られています。 それらは非常に回復力があり、生涯持続しますが、血栓のリスクを最小限に抑えるために生涯にわたる抗凝固療法が必要です。
- 生物学的心臓弁 ヒトのドナー（同種移植片）または動物（通常はブタまたはウシ - 異種移植片）のいずれかに由来します。 これらは生体適合性があり、通常は抗凝固療法を必要としませんが、寿命が限られており、10 ～ 20 年後に交換する必要がある場合があります。
- 組織工学心臓弁 は、患者自身の細胞から作られた新世代の人工心臓弁で、拒絶反応のリスクを最小限に抑え、長期にわたる解決策を提供します。
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アンジェラ・ストラックは、開発スカウトの編集長であり、フリージャーナリストであり、リートにある Presse Service Büro GbR のマネージングディレクターでもあります。