Výskumný tím na ETH v Zürichu používa 3D tlač na výrobu nového typu bioresorbovateľného stentu dýchacích ciest, ktorý je možné prispôsobiť anatómii pacienta. Mohlo by to výrazne zjednodušiť budúce liečenie obštrukcie horných dýchacích ciest.

Zúženie priedušnice alebo hlavných priedušiek v dôsledku úrazu alebo choroby môže skončiť veľmi zle. Ak pacienti dostanú príliš málo kyslíka, riskujú, že sa udusia a často čo najrýchlejšie potrebujú lekársku pomoc.

Chirurgovia zavádzajú stenty vyrobené z lekársky použiteľného silikónu alebo kovu ako spôsob liečby týchto pacientov. Aj keď rýchlo prinášajú úľavu, majú implantáty aj nevýhody: Kovové stenty musia byť odstránené chirurgicky s vynaložením úsilia, čo je pre pacientov záťažou, zatiaľ čo silikónové stenty často migrujú preč z miesta zavedenia. Dôvodom je to, že implantáty nie sú prispôsobené anatómii pacienta.

Výskumný tím na ETH Zürich, zložený z členov skupín pre komplexné materiály a tvorbu a dodávku liekov, teraz vyvinul stent dýchacích ciest spolu s výskumníkmi z Univerzitnej nemocnice v Zürichu a Universität Zürich (UZH); je šitý na mieru pacientom a biologicky resorbovateľný (t.j. po implantácii sa postupne rozpúšťa). Tieto stenty sa vyrábajú pomocou procesu 3D tlače známeho ako digitálne spracovanie svetla (DLP) a svetlocitlivých živíc špeciálne upravených na tento účel.

Najskôr vedci vytvoria počítačový tomografický obraz konkrétnej časti dýchacích ciest. Na základe toho vyvinuli digitálny 3D model stentu. Dáta sa potom prenesú na tlačiareň DLP, ktorá produkuje prispôsobený stent vrstvu po vrstve.

V procese DLP je stavebná plošina ponorená do nádrže plnej živice. Plošina je potom vystavená UV žiareniu na požadovaných miestach podľa digitálneho modelu. Tam, kde svetlo dopadá na živicu, tuhne. Plošina je trochu znížená a ďalšia vrstva je vystavená svetlu. Týmto spôsobom sa požadovaný objekt vytvára vrstva po vrstve.

Vyvinutá špeciálna živica

Doteraz mohla technológia DLP vyrábať iba tuhé a krehké predmety pomocou biologicky odbúrateľných materiálov. Vedci z ETH preto vyvinuli špeciálnu živicu, ktorá sa po vystavení svetlu stáva elastickou.

Táto živica je založená na dvoch rôznych makromonoméroch. Materiálové vlastnosti predmetu, ktorý sa pomocou neho vyrobí, je možné riadiť dĺžkou (molekulovou hmotnosťou) použitých makromonomérov a ich zmiešavacím pomerom, ako to ukazujú vedci v najnovšej štúdii Science Advances.

Len čo UV svetlo dopadne na živicu, monoméry sa spoja a vytvoria polymérnu sieť. Keďže novo vyvinutá živica je pri izbovej teplote príliš viskózna, museli ju vedci spracovať pri teplotách 70 až 90 °C.

Vedci vyrobili niekoľko živíc s rôznymi monomérmi a testovali prototypy, ktoré z nich vyrobili, aby zistili, či je materiál kompatibilný s bunkami a biologicky odbúrateľný. Testovali tiež prototypy na pružnosť a na mechanické namáhanie, ako je kompresia a napätie. Vedci nakoniec použili materiál s požadovanými vlastnosťami na výrobu stentov, ktoré sa testovali na králikoch.

Vloženie stentov si vyžadovalo aj špeciálny prístroj, pretože 3D tlačené objekty musia byť dodávané poskladané. Implantáty nemôžu byť zalomené alebo stlačené zlým smerom a musia sa dokonale rozvinúť v mieste nasadenia.

Vedci zahrnuli do štruktúry stentu zlato, aby uľahčili použitie lekárskeho zobrazovania na sledovanie jeho polohy počas zavádzania. Vďaka tomu je stent robustnejší, ale nemení sa jeho znášanlivosť.

Úspešné testy, dobré vyhliadky

Testy na králikoch uskutočnené výskumnou skupinou Daniela Franzena, vedúceho lekára na pneumologickej klinike Univerzitnej nemocnice v Zürichu a Fakulty Vetsuisse boli úspešné. Vedcom sa podarilo preukázať, že implantáty sú biokompatibilné a telo ich vstrebáva po šiestich až siedmich týždňoch. Desať týždňov po implantácii už nebol stent na röntgenových snímkach viditeľný. Zavedené stenty sa navyše spravidla nepohybovali z miesta vloženia.

Ako hovorí Jean-Christophe Leroux, profesor tvorby a dodávky liekov na ETH Zürich: „Tento sľubný vývoj otvára vyhliadky na rýchlu výrobu prispôsobených lekárskych implantátov a prístrojov, ktoré musia byť v tele veľmi presné, elastické a odbúrateľné.“ Ďalší výskum sa zameria na čo najšetrnejšie zavedenie stentov.

Okrem toho musia byť procesy navrhnuté tak, aby bola možná výroba v okamihu použitia, alebo by prinajmenšom zahŕňali krátke dodávateľské reťazce. Proces je stále v laboratórnom testovaní. Ako hovorí André Studart, vedúci skupiny komplexných materiálov na ETH Zürich: „Výroba takýchto stentov vo veľkom meradle je však komplexná záležitosť, ktorú musíme ešte lepšie študovať.“ Hovorí však, že táto technika sa dá pomerne ľahko preniesť na podobné lekárske aplikácie. Ako dodáva profesor Studart: „Dúfajme, že je len otázkou času, kedy sa naše riešenie dostane na kliniku.“

Zdroj: https://ethz.ch, zverejnené: 4.2.2021, autor: rpa