O impacto da modelagem 3D em talas e stents de vias aéreas

Já escrevemos sobre o papel crescente da modelagem e impressão 3D em aplicações médicas e seu impacto na melhoria da vida das pessoas. Mas esta tecnologia é cada vez mais promissora em permitir procedimentos que salvam vidas.

Em blogs anteriores, abordamos próteses motorizadas desenvolvidas pelo grupo de pesquisa Biomecatrônica do MIT, onde o membro inferior deve ser modelado para entender a estrutura interna mais a força dos tecidos e músculos individuais usados ​​para controlar o membro. Assim, enquanto o membro básico é uma construção padrão, a estrutura de fixação e sensor deve ser modelada e fabricada para cada cliente.

Também discutimos como a personalização em massa se estenderá à sala de cirurgia, onde os cirurgiões inserirão stents de veias coronárias e articulações de substituição personalizadas para se adequar ao paciente e que, em breve, os pacientes terão suas artérias e articulações afetadas modeladas em 3D para determinar a configuração e o tamanho exatos precisava.

Ambos os conjuntos de aplicativos demonstram como a modelagem e a impressão 3D estão melhorando os tratamentos e aplicativos existentes. E enquanto eles estão mudando mais ou menos a vida, há um novo aplicativo que é apenas prático devido à modelagem e impressão 3D – stents e talas para vias aéreas ou traqueais – itens que podem salvar vidas.

Situação Atual

Os stents atuais das vias aéreas (árvore traqueobrônquica) são relativamente grosseiros que consistem em tubos em forma de Y com algum tipo de mecanismo para mantê-los no lugar. Eles parecem mais com algo fora do seu carro do que com um dispositivo médico. Como esses stents são de construção simples e apenas aproximadamente ajustados, eles podem se mover dentro das vias aéreas, reduzindo sua eficácia. Ou pior, o stent pode ficar bloqueado com muco ou causar a formação de novo tecido ao redor do mecanismo destinado a mantê-lo no lugar.

A forma e o tamanho desses stents podem ser personalizados, mas exigem que sejam feitas medições do paciente e depois comunicadas ao fabricante. Esse processo pode levar semanas até que um novo stent seja entregue e ainda resulta em um stent com ajuste menos que perfeito. E é claro que sempre há casos em que um paciente não pode esperar.

Fabricação 3D levada ao próximo nível

Entra o Dr. George Chang, do Beth Israel Deaconess Medical Center, que viu a aplicação potencial da modelagem e impressão 3D para desenvolver stents personalizados que encerram os problemas de ajuste das soluções atuais. Usando uma doação para financiar o projeto, o Dr. Chang reuniu uma equipe diversificada para lidar com o problema. O primeiro desafio que a equipe encontrou foi que nenhuma impressora 3D poderia lidar com o silício de grau médico necessário para o stent. A solução foi imprimir em 3D um molde que poderia ser usado para criar o stent necessário a partir do material adequado. Com base nessa constatação, a equipe escreveu um programa para fazer um escaneamento 3D da traqueia de um paciente e gerar o molde necessário. Não só o novo stent é um ajuste perfeito, funcionando muito melhor do que os stents comerciais anteriores, mas o tempo para gerar o stent leva apenas alguns dias.

Há um desdobramento interessante do trabalho do Dr. Chang:os moldes feitos para pacientes representam um dispositivo de treinamento muito realista para pneumologistas aprendendo a realizar broncoscopia. Esses moldes não são apenas muito mais baratos do que os modelos de treinamento atuais usados, mas também capturam todos os detalhes de uma árvore traqueobrônquica real.

Discar até onze

Por mais impressionante que seja o trabalho pioneiro do Dr. Chang, ele basicamente substitui um estilo mais antigo de stent. Mas para bebês que sofrem de traqueobroncomalácia (ou TBM), os únicos tratamentos atuais são cirurgias complicadas e ventilação e monitoramento constantes. Mesmo com as cirurgias, as chances de uma criança sobreviver não são boas. No entanto, aqueles que sobrevivem crescem para fora da condição aos três anos de idade.

TBM é uma condição em que as vias aéreas são comprimidas devido a órgãos internos pressionando uma árvore traqueobrônquica fraca. Embora um stent possa ser uma solução óbvia, existem dois grandes desafios:

• O tamanho das vias aéreas do bebê. Devido a problemas de adaptação, um stent não é prático.
• Qualquer remédio deve crescer com a criança.

A equipe de Scott Hollister, PhD, Glenn Green, PhD, e Robert Morrison, MD, da Universidade de Michigan, Ann Arbor, surgiu com o conceito de uma tala impressa em 3D (ao redor da traqueia) que cresce com o paciente. Além disso, a equipe queria criar uma tala que fosse biorreabsorvível, o que significa que seria absorvida pelo corpo da criança dentro de alguns anos, evitando a necessidade de uma cirurgia posterior para remover a tala.



Cortesia do Sistema de Saúde da Universidade de Michigan

A solução começa com um modelo 3D construído a partir de imagens de TC tiradas das vias aéreas do bebê. A partir desse modelo, é criado um modelo impresso em 3D da árvore traqueobrônquica da criança usada para o encaixe, juntamente com a própria tala. A tala é impressa usando um biopolímero chamado policaprolactona, que não é apenas biodegradável, mas também barato. A tala resultante é então costurada ao redor da traqueia da criança, apoiando a traqueia até que ela fique mais forte.

Os resultados são surpreendentes. A primeira operação com a tala foi realizada em fevereiro de 2012 em uma criança pequena cuja única alternativa era a asfixia. Assim que a tala foi instalada, a respiração normal voltou. A criança foi removida de um ventilador após 21 dias e conseguiu voltar para casa, sem sinais de problemas respiratórios. Considerando que a TBM afeta 1 em 2.200 crianças nascidas nos EUA, o número de vidas salvas será enorme.

Continuando no futuro, podemos esperar ver esses tipos de modelagem 3D e soluções baseadas em impressão para criar stents e talas bioabsorvíveis para lidar com várias condições, oferecendo a 1.000 pacientes uma nova esperança.