Μια νέα μέθοδο για την κατασκευή εξατομικευμένων καρδιαγγειακών εμφυτευμάτων, με τη χρήση τρισδιάστατης εκτύπωσης ενός ειδικού υπερελαστικού κράματος, ανέπτυξε διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το IMDEA Materials Institute και το Πολυτεχνικό Πανεπιστήμιο της Μαδρίτης (UPM).
Η έρευνα, η οποία δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό npj Metamaterials, ανοίγει νέες προοπτικές για τον σχεδιασμό ιατρικών συσκευών που προσαρμόζονται στις ιδιαίτερες ανατομικές ανάγκες κάθε ασθενούς και μπορούν να εμφυτεύονται μέσω καθετήρα, χωρίς να απαιτούνται εκτεταμένες χειρουργικές τομές.
Στην ερευνητική προσπάθεια συμμετείχαν επίσης επιστήμονες από το Massachusetts Institute of Technology (MIT) και το University of Galway.
Εμφυτεύματα που προσαρμόζονται στις ανάγκες του ασθενούς
Κεντρικό στοιχείο της νέας μεθόδου είναι η χρήση της νιτινόλης, ενός κράματος νικελίου και τιτανίου με ιδιαίτερες υπερελαστικές ιδιότητες. Το υλικό μπορεί να υποστεί σημαντική παραμόρφωση και στη συνέχεια να επανέλθει στο αρχικό του σχήμα, χαρακτηριστικό ιδιαίτερα σημαντικό για τις ιατρικές συσκευές που τοποθετούνται μέσω καθετήρα.
Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια διαδικασία που επιτρέπει την τρισδιάστατη εκτύπωση σύνθετων "πλεκτών" δομών από νιτινόλη σε ένα ενιαίο στάδιο παραγωγής. Οι δομές αυτές προσομοιάζουν την αρχιτεκτονική των αιμοφόρων αγγείων και μπορούν να συμπιεστούν σημαντικά, ώστε να περάσουν μέσα από έναν λεπτό καθετήρα, πριν ανακτήσουν το σχήμα τους μετά την τοποθέτηση.
Η δυνατότητα αυτή θα μπορούσε να διευκολύνει την κατασκευή εμφυτευμάτων με πολύπλοκη γεωμετρία, προσαρμοσμένων στα ανατομικά χαρακτηριστικά κάθε ασθενούς, ενισχύοντας τις δυνατότητες εξατομίκευσης των διαδερμικών καρδιαγγειακών επεμβάσεων.
«Η κλινική επίδραση των διαδερμικών ιατρικών συσκευών από νιτινόλη έχει μεταμορφώσει τις καρδιαγγειακές παρεμβάσεις», σημειώνει ο δρ. Carlos Aguilar Vega, ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
Γιατί οι συμβατικές τεχνικές έχουν περιορισμούς
Παρά την ευρεία χρήση των εμφυτευμάτων νιτινόλης στην κλινική πράξη, οι υφιστάμενες μέθοδοι κατασκευής περιορίζουν τις δυνατότητες σχεδιασμού και εξατομίκευσής τους.
Πολλά μεταλλικά ιατρικά εμφυτεύματα που παράγονται με τεχνικές προσθετικής κατασκευής βασίζονται σε δικτυωτές δομές, οι οποίες αποτελούνται από συνδεδεμένα στοιχεία σε επαναλαμβανόμενα μοτίβα. Αν και οι δομές αυτές είναι σχετικά εύκολο να σχεδιαστούν και να παραχθούν, η μηχανική τους συμπεριφορά βασίζεται κυρίως στην κάμψη άκαμπτων μεταλλικών στοιχείων.
Αυτό αποτελεί σημαντικό μειονέκτημα στις επεμβάσεις μέσω καθετήρα. Τα εμφυτεύματα πρέπει να συμπιέζονται ώστε να χωρούν σε μικρής διαμέτρου καθετήρες, να προωθούνται μέσα από τα αγγεία και, μετά την απελευθέρωσή τους, να επανέρχονται στο επιθυμητό σχήμα χωρίς να υφίστανται μόνιμες παραμορφώσεις ή θραύση.
Σύμφωνα με τα ευρήματα των ερευνητών, οι συμβατικές δικτυωτές δομές δυσκολεύονται να αντέξουν τις μεγάλες παραμορφώσεις που απαιτούνται κατά τη διαδικασία αυτή. Καθώς συμπιέζονται, γίνονται υπερβολικά άκαμπτες, ασκούν αυξημένες πιέσεις στα αγγειακά τοιχώματα και εμφανίζουν σημαντικό κίνδυνο θραύσης σε παραμορφώσεις που προσεγγίζουν το 25%.
Πλεκτές δομές με μεγαλύτερη ελαστικότητα
Η νέα προσέγγιση βασίζεται σε μια διαφορετική αρχιτεκτονική. Αντί να παραμορφώνονται κυρίως μέσω της κάμψης άκαμπτων μεταλλικών στοιχείων, οι πλεκτές δομές επιτρέπουν στα αλληλοσυνδεόμενα νήματα να μετακινούνται και να αλλάζουν προσανατολισμό. Με αυτόν τον τρόπο απορροφούν μεγαλύτερες παραμορφώσεις, διατηρώντας τη δομική τους ακεραιότητα.
Η συμπεριφορά αυτή θυμίζει εκείνη των stents και των υφαντών μεταλλικών πλεγμάτων.
Για να επιτύχουν την απαιτούμενη ποιότητα επιφάνειας για πιθανή βιοϊατρική χρήση, οι επιστήμονες συνδύασαν χημικές διαδικασίες που εξομαλύνουν την επιφάνεια του μετάλλου.
Οι μετρήσεις έδειξαν ότι η μετακατεργασία μείωσε το πάχος των νημάτων κατά 47,7% και το εμβαδόν της διατομής τους κατά 71,1%, σε σύγκριση με τις αρχικές, μη κατεργασμένες δομές.
Ως αποτέλεσμα, τα "πλεκτά" εμφυτεύματα μπορούσαν να συμπιεστούν έως και στο 50% της αρχικής διαμέτρου τους, διατηρώντας περισσότερο από το 90% της ελαστικής επαναφοράς τους.
Επιπλέον, η δύναμη που ασκεί το εμφύτευμα στα αγγειακά τοιχώματα μετά την ανάπτυξή του, ήταν έως και πέντε φορές μικρότερη από εκείνη των συμβατικών δικτυωτών δομών.
Η μείωση αυτή θα μπορούσε να συμβάλει στον περιορισμό της μηχανικής καταπόνησης των αγγείων. Ωστόσο, η επίδραση στην πιθανότητα αγγειακού τραυματισμού ή θρόμβωσης θα πρέπει να επιβεβαιωθεί με περαιτέρω προκλινικές και κλινικές μελέτες.
Ποια είναι τα επόμενα βήματα
Η ερευνητική ομάδα αξιολόγησε μηχανικά αρκετά πρωτότυπα, χρησιμοποιώντας καθιερωμένους δείκτες απόδοσης και έναν κύκλο συμπίεσης και επαναφοράς, που προσομοιώνει την εισαγωγή ενός εμφυτεύματος στον καθετήρα και την ανάπτυξή του στο σημείο εφαρμογής.
Τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά, αλλά η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε ερευνητικό στάδιο. Πριν εξεταστεί η εφαρμογή της σε ασθενείς, απαιτούνται πρόσθετες δοκιμές βιοσυμβατότητας in vitro, καθώς και μελέτες σε ζώα.
Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι η επιτυχής μηχανική δοκιμή ενός πρωτοτύπου δεν αρκεί για να τεκμηριώσει την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα ενός εμφυτεύματος στον ανθρώπινο οργανισμό.
Στόχος και τα μικρά αγγεία του εγκεφάλου
Μία από τις μελλοντικές κατευθύνσεις της έρευνας αφορά την ανάπτυξη νευροαγγειακών συσκευών που θα μπορούν να προσεγγίζουν δυσπρόσιτες περιοχές του εγκεφάλου.
Η κατασκευή τέτοιων συσκευών απαιτεί ακόμη μεγαλύτερη σμίκρυνση και ακρίβεια στις σύνθετες δομές νικελίου-τιτανίου. Για τον σκοπό αυτό, οι ερευνητές εξετάζουν τεχνολογίες υπερυψηλής ακρίβειας.
Η νέα τεχνολογία αναδεικνύει τις δυνατότητες της τρισδιάστατης εκτύπωσης να ξεπεράσει ορισμένους από τους περιορισμούς της συμβατικής κατασκευής εμφυτευμάτων. Εφόσον επιβεβαιωθούν η ασφάλεια και η αποτελεσματικότητά της στα επόμενα στάδια αξιολόγησης, θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη πιο ευέλικτων και εξατομικευμένων συσκευών για τις ελάχιστα επεμβατικές καρδιαγγειακές και νευροαγγειακές θεραπείες.
Πηγή: Medical Xpress
