Como a Modelagem 3D Transforma Talas e Stents de Via Aérea: Aumentando Precisão e Resultados dos Pacientes

Já escrevemos sobre o papel crescente da modelagem e impressão 3D em aplicações médicas antes, e seu impacto na melhoria da vida das pessoas. Mas esta tecnologia promete ainda mais ao permitir procedimentos que salvam vidas.

Em blogs anteriores, cobrimos 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 de tecidos e músculos individuais usados para controlar o membro. Então, enquanto o membro básico é uma construção padrão, a estrutura de fixação e sensor deve ser modelada e manufaturada para cada cliente.

Também discutimos como a personalização em massa se estenderá à sala de cirurgia onde cirurgiões inserirão stents de veia coronária e juntas de substituição personalizadas para se ajustar ao paciente, e que em breve, pacientes terão suas artérias e juntas afetadas modeladas em 3D para determinar a configuração e tamanho exatos necessários.

Ambos estes conjuntos de aplicações demonstram como modelagem e impressão 3D estão melhorando tratamentos e aplicações existentes. E embora sejam mais ou menos transformadores de vida, há uma nova aplicação que é apenas prática devido à modelagem e impressão 3D — stents e talas de via aérea ou traqueal — itens que podem salvar vidas.

Estado Atual das Coisas

Stents atuais de via aérea (árvore traqueobrônquica) são assuntos relativamente rudimentares consistindo de tubos em Y com algum tipo de mecanismo para mantê-los no lugar. Eles parecem mais algo do seu carro do que um dispositivo médico. Como esses stents são simples na construção e são apenas aproximadamente ajustados, eles podem se mover dentro da via aérea, 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 tamanho desses stents podem ser personalizados, mas requer medições a serem feitas do paciente e depois comunicadas ao fabricante. Este processo pode levar semanas até que um novo stent seja entregue e ainda resulta em um stent com ajuste menos que perfeito. E claro, sempre há casos onde um paciente não pode esperar.

Manufatura 3D Levada ao Próximo Nível

Entre o Dr. George Chang do Beth Israel Deaconess Medical Center, que viu a aplicação potencial de modelagem e impressão 3D para desenvolver stents personalizados que acabam com os problemas de ajuste das soluções atuais. Usando uma bolsa para financiar o projeto, o Dr. Chang montou uma equipe diversificada para enfrentar o problema. O primeiro desafio que a equipe encontrou foi que nenhuma impressora 3D podia lidar com o silicone de grau médico necessário para o stent. A solução foi imprimir em 3D um molde que pudesse então ser usado para criar o stent necessário do material adequado. Baseado nessa percepção, a equipe escreveu um programa para fazer uma varredura 3D da traqueia de um paciente e gerar o molde necessário. Não apenas o novo stent é um ajuste perfeito, funcionando muito melhor que stents comerciais anteriores, mas o tempo para gerar o stent leva apenas alguns dias.

Há um subproduto interessante do trabalho do Dr. Chang: os moldes feitos para pacientes representam um dispositivo de treinamento muito realista para médicos pulmonares aprendendo a realizar broncoscopia. Não apenas esses moldes são muito mais baratos que os modelos de treinamento atuais usados, eles capturam todos os detalhes de uma árvore traqueobrônquica real.

Elevando ao Nível Onze

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

TBM é uma condição onde a via aérea é comprimida devido a órgãos internos pressionando uma árvore traqueobrônquica fraca. Embora um stent possa ser uma solução óbvia, existem dois grandes desafios:

• O tamanho da via aérea do bebê. Devido a problemas de ajuste, um stent não é prático
• Qualquer remédio tem que crescer com o bebê

A equipe de Scott Hollister, PhD, Glenn Green, PhD, e Robert Morrison, MD, da Universidade de Michigan, Ann Arbor, criou o conceito de uma tala impressa em 3D (circundando a traqueia) que cresce com o paciente. Além disso, a equipe queria criar uma tala que fosse biorreabsorvível, significando que seria apenas absorvida no corpo da criança dentro de alguns anos, eliminando 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 tomadas da via aérea do bebê. A partir deste modelo, um modelo 3D impresso da árvore traqueobrônquica da criança usado para ajuste é criado, junto 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, suportando a traqueia até que ela fique mais forte.

Os resultados são incríveis. A primeira operação usando a tala foi realizada em fevereiro de 2012 em uma criança pequena cuja única alternativa era sufocação. Assim que a tala foi instalada, a respiração normal retornou. O bebê foi removido de um ventilador após 21 dias e pôde voltar para casa, sem sinais de problemas respiratórios. Considerando que TBM afeta 1 em 2.200 bebês nascidos nos EUA, o número de vidas salvas será enorme.

Continuando no futuro, podemos esperar ver estes tipos de soluções baseadas em modelagem e impressão 3D para criar stents e talas biorreabsorvíveis para tratar várias condições, oferecendo milhares de pacientes nova esperança.