3D-друковані кровоносні судини можуть розгадати таємниці інсультів

3D-надруковані кровоносні судини на склі, що імітують анатомію кровоносних судин і динаміку кровотоку, можуть стати неоціненним інструментом у вивченні причин інсульту, як виявило нове дослідження команди з Університету Сіднея, яке вже дало важливі результати. Ця технологія, опублікована в журналі Advanced Materials, також може допомогти в тестуванні нових ліків, розроблених спеціально для пацієнтів із певними захворюваннями.

Серцево-судинні захворювання є на сьогоднішній день основною причиною смертності в Австралії: приблизно кожні 12 хвилин одна людина помирає від серцевих захворювань. Хоча існують добре відпрацьовані методи діагностики серцево-судинних захворювань, немає методу, який би дозволяв передбачити ранні події, що призводять до утворення тромбів у сонних артеріях.

Нове технологічне рішення

«Ми не просто друкуємо кровоносні судини — ми друкуємо надію для мільйонів людей у всьому світі, які знаходяться в зоні ризику інсульту. Завдяки постійній підтримці та співпраці ми прагнемо зробити персоналізовану судинну медицину доступною для кожного пацієнта, який її потребує», — сказав аспірант Чарльз Чжао зі Школи біомедичної інженерії Інженерного факультету.

Модель судин та її відтворення

Модель відтворює анатомічно точні копії здорових і уражених ділянок судин. Це включає делікатну анатомію судин, а також вм'ятини та виїмки на пошкодженій внутрішній поверхні стінки судини, що є поширеною патологією у пацієнтів з інсультом. Дослідники використовували КТ-скани пацієнтів з інсультом як основу для створення міні-моделей, зменшивши оригінальну 3D-модель сонної артерії до 200–300 мікрометрів. Повна довжина сонної артерії становить від 5 до 7 мм. Дослідники також змогли «скоротити» час виготовлення з 10 до 2 годин.

Традиційні форми для 3D-друку використовують смолу, що вимагає багато часу і має високий рівень помилок. Але дослідники розробили новий метод, який використовує скляні слайди як основу. З відстані судини виглядають як тонкі гравіювання на склі.

Реальне розуміння процесу утворення тромбів

«Коли йдеться про діагностику інфаркту та інсульту, швидкість і точність мають ключове значення», — каже Чарльз, який є першим аспірантом і засновником Лабораторії механічної біології та біомеханіки (MBL).

«Зазвичай клініцисти мають приблизно 12 годин на прийняття рішення після появи симптомів».

«Ми ще багато чого не розуміємо про внутрішню будову наших судин і про те, що спричиняє ланцюжок подій, які призводять до утворення тромбів, і на сьогодні не існує спеціальних платформ для тестування, які можна було б адаптувати до потреб пацієнтів. Немає двох біологічно ідентичних пацієнтів, і всі мають відмінності в будові судин і крові, що впливає на ризик розвитку тромботичних захворювань і варіанти їх лікування».

Перегляньте запис:

Під час тестування дослідники змогли в режимі реального часу під мікроскопом спостерігати за утворенням тромбів і поведінкою тромбоцитів, які є важливим компонентом, що бере участь у згортанні крові і може призвести до інсульту. Технологія показала, що тертя і сила, що створюються рухом крові по стінках судин, відіграють велику роль у русі тромбоцитів, які регулюють згортання крові. Це відбувається при високому кров'яному тиску та атеросклерозі, захворюванні артерій. У ділянках, де на судини чинився великий тиск, дослідники виявили, що рух тромбоцитів був у 7–10 разів інтенсивнішим.

Майбутні напрямки: цифрові двійники та штучний інтелект

Метод «артерії на чіпі» успішно імітував фізичний вигляд судин, а симуляції кровотоку генерували подібну динаміку рідини та рух природного кровотоку. Це був видатний момент, оскільки, за словами дослідників, найбільшим викликом у цій галузі було відтворення динаміки рідини крові всередині судин. Ця деталь є надзвичайно важливою, оскільки у людей, схильних до серцевих захворювань, кров є більш в'язкою, що впливає на її рух по судинах.

«Це перша в своєму роді біоінженерна розробка в Австралії, і наша робота спрямована на усунення двох важливих прогалин у діагностиці та профілактиці серцевих захворювань без використання тваринних випробувань», — сказав доктор Зіхао Ван, головний інженер групи MBL, який має ступінь доктора наук.

Керівник лабораторії та старший автор професор Арнольд Джу сказав, що вони створили «фізичного двійника» судин пацієнта, точну мініатюрну копію, яка поводиться як справжня.

«Нашим наступним завданням є інтеграція штучного інтелекту з нашою платформою біофабрикації для створення справжніх «цифрових двійників», які зможуть передбачати інсульти до їхнього виникнення, переходячи від реактивного лікування до проактивної профілактики», — каже Гелен Чжао, доктор наук у галузі цифрових технологій та операційний менеджер лабораторії MBL Ju.

«Уявіть майбутнє, в якому ми можемо зробити пацієнту КТ, швидко надрукувати модель його судин, перевірити реакцію крові та за допомогою штучного інтелекту передбачити ризик інсульту на роки вперед».

Перегляньте записи:

ДЖЕРЕЛО: Medical Xpress

На платформі Accemedin багато цікавих заходів! Аби не пропустити їх, підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.