پرینت سه بعدی دریچه قلب سیلیکونی توسط محققان دانشگاه ETH زوریخ

قلب انسان ۴ حفره دارد که هرکدام از آن‌ها یک دریچۀ یک‌طرفه دارند که عبور خون از یک سمت را میسر می‌سازند. اگر هرکدام از این دریچه‌ها نشت کند، تنگ یا گشاد شود یا آسیب ببیند می‌تواند باعث شود خون به بطن‌ها یا دهلیزها برگردد که این قلب را در فشار شدیدی قرار می‌دهد. این شرایط در بدترین حالت می‌تواند منجر به آریتمی یا حتی ایست قلبی شود. بسته به پیچیدگی و شدت آسیب دریچه‌های مصنوعی می‌توانند برای کمک به بیماران استفاده شوند. دانشمندان دانشگاه ETH زوریخ و شرکت آفریقایی SAT در تحقیقاتی موفق شده‌اند دریچۀ قلب سیلیکونی پرینت سه بعدی کنند. پرینت سه بعدی دریچه قلب سیلیکونی می‌تواند مشکل تقاضای افزایندۀ دریچه قلب و سایر اعضای پیوندی را در جامعه‌ای که به سرعت در حال پیرشدن است، حل کند.

پرینت سه بعدی دریچه قلب

اجزای داخلی قلب

پیشبینی می‌شود که تا سال ۲۰۵۰ حدود ۸۵۰۰۰۰ نفر به دریچه‌های مصنوعی قلب احتیاج پیدا کنند. چرا که میانگین سنی جمعیتی بالا می‌رود و به دلیل رژیم غذایی نامناسب و ورزش کم مشکلات قلبی بیشتر اتفاق می‌افتند. دانشمندانی که در دانشگاه ETH زوریخ کار می‌کنند به همین دلیل به دنبال جایگزینی برای دریچه‌های مصنوعی موجود در بازار می‌گردند و موفق شده‌اند یک دریچه مصنوعی از جنس سیلیکون بسازند که در  مراحل متعددی با پرینت سه بعدی ساخته می‌شود. دانشمندان درمورد این تحقیق در مجله تخصصی Matter گزارشی چاپ کرده‌اند.

مزایای پرینت سه بعدی دریچه قلب

این مدل جدید مزیت‌های بسیاری بر دریچه‌های قدیمی دارد. با پرینت سه بعدی دریچه قلب می‌توان دریچه‌هایی ساخت که دقیق‌تر با اندازه‌های بیمار هماهنگ هستند. دانشمندان ابتدا شکل و اندازه منحصر به فرد قلب بیمار را با استفاده از پرتونگاری مقطعی کامپیوتری یا MRI اندازه می‌گیرند. با استفاده از پرینت سه بعدی ‌می‌توان دریچه‌ای ساخت که کاملاً اندازه‌ی حفرۀ قلبی بیمار است. دانشمندان از این تصاویر استفاده می‌کنند تا یک مدل سه بعدی بسازند و با استفاده از شبیه‌سازی کامپیوتری فشاری را که دریچه باید تحمل کند و تغییر شکل احتمالی آن را اندازه می‌گیرند. ماده اولیه‌ای که استفاده می‎شود نیز با بدن انسان سازگار است. جریان خون داخل دریچه‌های مصنوعی نیز به خوبی سایر دریچه‌های موجود در بازار است.

جراحان قلب به صورت سنتی از ایمپلنت‌هایی که از پلیمرهای سخت یا بافت حیوانی (از گاو یا خوک) و چارچوب‌های فلزی ساخته شده‌اند، استفاده می‌کنند. برای جلوگیری از پس‌زده‌شدن دریچه توسط سیستم ایمنی بدن بیمار باید تا آخر عمر داروهایی بخورد که ایمنی او را کاهش می‌دهند و از انعقاد خون جلوگیری می‌کنند. ناگفته نماند که این داروها معمولاً عوارض جانبی آزاردهندۀ قابل توجهی دارند. علاوه بر آن، دریچه‌های موجود در بازار شکل هندسی بسیار سخت و صلبی دارند که باعث می‌شود جراحان نتوانند پیوند محکمی بین دریچه و بافت قلبی برقرار کنند. «دریچه‌های جایگزینی که هم‌اکنون استفاده می‌شوند دایره‌ای هستند اما دقیقا به شکل آئورت نیستند که بین هر دو بیمار متفاوت است.»  مانوئل شافنر، نویسنده اصلی این گزارش علمی در این باره می‌گوید. همچنین  تولید دریچه‌های مصنوعی هم بسیار گران‌قیمت است و هم زمان زیادی می‌گیرد.

این دریچه‌های جدید این مشکل را دور می‌زنند. دانشمندان فقط حدود یک ساعت و نیم زمان می‌گذارند تا یک دریچه با پرینت سه بعدی بسازند. در مقابل روزهای کاری متعددی برای ساخت یک دریچه از موادی که از گاو به دست می‌آید طی می‌شود. تولید با پرینتر سه بعدی می‌تواند از این هم سریع‌تر شود. تعداد زیادی پرینتر که می‌توانند چند ده یا حتی چند صد دریچه در روز بسازند.

پرینت سه بعدی دریچه

دریچه‌های سیلیکونی پرینت سه بعدی شده

دریچه‌ها چگونه ساخته می‌شوند؟

اول از همه دانشمندان یک مهر منفی از دریچه می‌سازند جوهر سیلیکون سپس روی این مهر اسپری می‌شود. به صورت یک تاج سه گوشه که پره‌های نازک دریچه را شکل می‌دهد. در قدم بعدی یک پرینتر که مواد را خارج می‌کند خمیر سخت سیلیکون را به شکل پترن خاص روی سطح دریچه می‌ریزد. این‌ها با فیبرهای کلاژنی که در قلب‌های واقعی وجود دارند همکاری می‌کنند. این خطوط سیلیکونی عمر دریچه را افزایش می‌دهند. ریشۀ رگ خونی نیز با همین تکنولوژی و این فرایند تولید می‌شود. در نهایت با نوعی اسنت شبه تور پوشانده می‌شود که برای اتصال دریچه سیلیکونی به سیستم قلبی عروقی بیمار لازم است.

تحقیقات ابتدایی نتایج بسیار قابل توجی نشان داده‌اند. هدف مهندسان مواد این است که عمر این دریچه‌های پیوندی را تا ۱۰-۱۵ سال افزایش دهند. این زمانی است که دریچه‌های کنونی می‌توانند در بدن بیماران بمانند تا نیاز به تعویض به وجود بیاید. شافنر در این باره می‌گوید:«فوق‌العاده خواهد بود اگر روزی بتوانیم دریچه‌هایی تولید کنیم که یک عمر دوام می‌آورند و حتی قادرند با بیمار رشد کنند که قابل استفاده در بدن بیماران جوان نیز باشند.» اما در هر صورت حدود ۱۰ سال طول می‌کشد که این دریچه‌های مصنوعی جدید بتوانند به صورت کلینیکی قابل استفاده شوند. چرا که پیش از آن باید تحت آزمایش‌های جامع قرار بگیرند.

در این ویدیو کارکردن این دریچه‌ها قابل مشاهده است.

 

آیندۀ پیش روی پرینت سه بعدی دریچه قلب

فرگال کولتر یک محقق رده‌بالا در این تحقیقات، هم‌اکنون مشغول کار روی پیشرفت بیشتر دریچه قلب سیلیکونی است او در این باره تاکید می‌کند:«این آزمایش‌ها برای اینکه مطمئن شویم که این تکنولوژی اصلا شانسی در استفاده در بیماران انسانی دارد ضروری است.» کولتر یک فوق دکترا در گروه پرفسورهای اشتودارت است و پرینتر سه بعدی مخصوص تولید دریچه قلبی را ساخته است.

کولتر همچنین به آزمایش با مواد اولیه جدید می‌پردازد که می‌توانند عمر دریچه‌ها را بالا ببرند. اما  او معتقد است که یک شریک صنعتی یا تاسیس یک شاخه جدید لازم است تا بتوان دریچه قلب جدید را به صورت تجاری در بازار عرضه کرد. «به عنوان یک تیم تحقیقاتی ما متاسفانه نمی‌توانیم یک پیشنهاد بدون نقص از اولین آزمایش‌ها به اولین کاربرد در بدن انسان برسانیم.»

۵/۵ (۳ Reviews)

نظرات کاربران