Από την επιστημονική φαντασία στη σύγχρονη χειρουργική

0

Βιοεκτυπωτές τριών διαστάσεων βοηθούν τον χειρουργό, τυπώνοντας πιστά αντίγραφα της ανατομίας του ασθενούς

Η βιοεκτύπωση αποτελεί επαναστατική εξέλιξη στην τεχνολογία της υγείας, που πρόσφατα τραβά όλο και περισσότερη την προσοχή της διεθνούς επιστημονικής κοινότητας. Βασισμένη στην πληροφορία της γεωμετρίας των ανθρωπίνων οργάνων στον χώρο, η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να κρύβει τις απαντήσεις για το μέλλον της τεχνολογίας μεταμοσχευτικών οργάνων.

01Πράγματι, σήμερα πολλά πειραματικά εργαστήρια εταιρειών και πανεπιστημίων όλου του κόσμου εστιάζουν την έρευνά τους στη βιοεκτύπωση, δηλαδή την αναπαραγωγή βιολογικού υλικού με χρήση ειδικού εκτυπωτή, με την ελπίδα να δημιουργήσουν μέρη του σώματος προσαρμοσμένα στις ανατομικές και λειτουργικές ιδιαιτερότητες κάθε ασθενούς. «Παππούς της βιοεκτύπωσης» θεωρείται ο Thomas Boland από το πανεπιστήμιο Clemson, ο οποίος τροποποίησε έναν παλιό εκτυπωτή Lexmarkγια να χρησιμοποιήσει κύτταρα. Το 2000, ο Borland σκέφθηκε απλά ότι, εφόσον οι εκτυπωτές χρησιμοποιούνταν ήδη για την εκτύπωση αλύσων του DNA, γιατί να μη μπορούν να εκτυπώσουν ιστούς. Ούτως ή άλλως τα μικρότερα κύτταρα είναι της τάξεως των10 μικρομέτρων, περίπου δηλαδή στις διαστάσεις μίας σταγόνας από το μελάνι του εκτυπωτή. Ήδη από τις αρχές του 2011, ο χειρουργός Anthony Atala από το Wake Forest Institute of Regenerative Medicine στη North Carolina παρουσίασε τα πρώτα αποτελέσματα από μία έρευνα, που φιλοδοξεί να εξαλείψει το πρόβλημα έλλειψης μοσχευμάτων. Συγκεκριμένα ο Atala παρουσίασε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή, που αντί για μελάνι χρησιμοποιούσε ζωντανά αρχέγονα κύτταρα και εξήγησε, πως μία τέτοια συσκευή θα μπορούσε να εκτυπώσει έναν νεφρό, εργαστηριακά κατάλληλο για μεταμόσχευση. Εξάλλου ίδιος ιατρός, χρησιμοποιώντας παρόμοια τεχνολογία μπόρεσε να δημιουργήσει συνθετική ουροδόχο κύστη για έναν νεαρό ασθενή, που έπασχε από νευρογενή κύστη πολλά χρόνια πριν. Η πρόοδος της έρευνας του Atala στα συνθετικά όργανα για την αντιμετώπιση της νευρογενούς κύστεως δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο International Journal of Neurourology.

030Στα πλαίσια της έρευνας αυτής, η ομάδα του τμήματος γαστρεντερολογίας – ηπατολογίας της κλινικής Cleveland παρουσίασε φέτος τον Οκτώβριο, στο παγκόσμιο συνέδριο ρομποτικής χειρουργικής CRSA στη Ουάσιγκτον, πως μπορεί ο χειρουργός να πραγματοποιήσει δοκιμαστική επέμβαση (preoperative rehearsal) την προηγούμενη ημέρα πάνω σε πρόπλασμα της πραγματικής ανατομίας του ασθενούς με χρήση τρισδιάστατου εκτυπωτή.

Ο προεγχειρητικός καθορισμός της ενδοηπατικής ανατομίας των αιμοφόρων και χοληφόρων αγγείων είναι υψίστης σημασίας στις επεμβάσεις μεταμόσχευσης ήπατος. Η πληροφορία αυτή μπορεί να ανευρεθεί σε προεγχειρητικές απεικονιστικές εξετάσεις του ασθενούς, όπως είναι η αξονική και η μαγνητική τομογραφία. Οι εξετάσεις αυτές μπορούν και σήμερα να προσφέρουν μία τρισδιάστατη εικόνα της ανατομίας του ασθενούς, μέσω ειδικού λογισμικού, που χρησιμοποιείται ευρέως από ακτινολόγους και χειρουργούς στα περισσότερα νοσοκομεία.Kατά τη διάρκεια ρομποτικών επεμβάσεων στο Ιατρικό Κέντρο η δική μας χειρουργική ομάδα χρησιμοποιεί τρισδιάστατα ανατομικά μοντέλα από το 2008, για προεγχειρητικό σχεδιασμό και διεγχειρητική πλοήγηση (λειτουργία TILE-PRO του ρομποτικού συστήματος daVinci). Με τη βοήθεια της τεχνολογίας εκτύπωσης τριών διαστάσεων το τρισδιάστατο αυτό μοντέλο μπορεί να αναπαραχθεί στον χώρο σε μορφή προπλάσματος από αντίστοιχα θερμοελαστικά υλικά. Η δημιουργία αυτών των -ειδικών για κάθε ασθενή- προπλασμάτων επιτρέπει προεγχειρητική δοκιμαστική επέμβαση (rehearsal), ιδιαίτερα χρήσιμη σε περιπτώσεις ανατομικών παραλλαγών, που είναι καλό να γνωρίζει από πριν ο χειρουργός, ώστε να αποφευχθούν επιπλοκές. Η ομάδα του Cleveland σχεδίασε πρωτόκολλο, που μπορεί να αναπαράγει τρισδιάστατο συνθετικό ήπαρ, το οποίο περιλαμβάνει όλη την πολύπλοκη εσωτερική ηπατική ανατομία από αγγεία και χολαγγεία. Με τον τρόπο αυτό αναπαράχθηκε το ήπαρ σε 6 ασθενείς: 3 δότες και 3 λήπτες. Σύμφωνα με τους συγγραφείς αυτή είναι η πρώτη δημοσίευση επιτυχούς τρισδιάστατης εκτύπωσης αντιγράφων ήπατος.

07

Ανάλογη δουλειά έχει παρουσιαστεί και από τον χειρουργό Maki Sugimoto, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο Kobe, ο οποίος σε συνεργασία με την εταιρεία Facotec Co., προχώρησε σε εκτύπωση οργάνων προσαρμοσμένων στην ανατομία του εκάστοτε ασθενούς με χρήση τρισδιάστατου εκτυπωτή. Ο καθηγητής υποστηρίζει ότι, μπορεί να αναπαράγει συνθετικά ομοιώματα ήπατος, χοληδόχου κύστεως και παγκρέατος από τις εικόνες της αξονικής τομογραφίας. Για να το πετύχει αυτό χρησιμοποιεί δύο διαφορετικούς τύπους θερμοελαστικού πλαστικού, που γίνεται κατά στρώματα, πάχους 0.016 χιλιοστών το κάθε ένα. Με συνδυασμό των δύο υλικών μπορούν να δώσουν σχήμα και χρώμα στα μοντέλα με ποικίλους τρόπους, όπως δημιουργώντας ημιδιαφανείς στρώσεις, ή διαφοροποιώντας τη δομή και την υφή τους (texture).
Η χρήση των προπλασμάτων αυτών μπορεί να βοηθήσει τους γιατρούς χειρουργούς να μελετήσουν βαθύτερα την περίπτωση των ασθενών τους και να λύσουν διλήμματα όπως σε επεμβάσεις παράκαμψης, καθώς με τις τεχνικές αυτές μπορούν να αναπαραχθούν και αρτηριακά μοσχεύματα. Για τους ασθενείς η επίδειξη της ανατομίας και της παθολογίας στον χώρο μπορεί να τους βοηθήσει να κατανοήσουν καλύτερα το πρόβλημά τους και τις θεραπευτικές επιλογές, που έχουν. Οι μέθοδοι αυτές αναπαράγουν, τόσο τη φυσιολογική, όσο και την παθολογική ανατομία, όπως για παράδειγμα την ανάπτυξη όγκων, ή τη διαταραχή της φυσιολογικής ανατομίας κτλ.

02

Τα μόνα εμπόδια στην εξέλιξη της τεχνολογίας αυτής είναι το κόστος και η ταχύτητα των διαθέσιμων συσκευών, καθώς απαιτούνται από ώρες, έως ημέρες, για την κατασκευή ενός οργάνου. Ο δρ. Sugimoto, για παράδειγμα, χρησιμοποιεί ένα 3D Objet Connexprinter κόστους, που ανέρχεται στις $500,000. Για την εκτύπωση ωστόσο, το κόστος αναμένεται να πέσει στα επόμενα χρόνια, όταν εκτυπωτές αυτού του είδους γίνουν περισσότερο δημοφιλείς και διαθέσιμοι. Ενθαρρυντική ήταν η εμφάνιση του πρώτου desktop τρισδιάστατου εκτυπωτή, που διατίθεται για το κοινό στα περισσότερα Microsoft store των ΗΠΑ με αρχικό κόστος $2000.

06

Share.

About Author

MD, MSc, γενικός χειρουργός, Ιατρικό Κέντρο Αθηνών

Leave A Reply

Comment moderation is enabled. Your comment may take some time to appear.