Programista informatyk Wojciech Wojtkowski z Elbląga stworzył trójwymiarowy model serca swego 11-miesięcznego chorego synka. Dzięki temu, kardiochirurdzy mogą przygotować się do operacji serca chłopca, zaplanować jej etapy i przewidzieć efekty zabiegu. Maciuś, syn Wojciecha Wojtkowskiego, urodził się ze złożoną wadą serca. Rodzice o chorym sercu dziecka dowiedzieli się dopiero po jego narodzinach.
Maciek ma złożoną wadę serca, która polega na niedorozwoju łożyska naczyniowego płucnego, która wymaga wieloetapowego leczenia. Końcowym efektem leczenia będzie przywrócenie krążenia fizjologicznego, gdzie dziecko będzie miało dwie komory, dwa przedsionki i dwa obiegi krwi, czyli aortalny i tętnicy płucnej - wyjaśnił PAP kardiochirurg Ireneusz Haponiuk ze szpitala św. Wojciecha w Gdańsku Zaspie.
"W czwartej dobie życia Maciuś był operowany, lekarze kardiochirurdzy wykonali odpowiednie zespolenia w sercu ratujące życie synka. W sumie syn był już operowany czterokrotnie" - powiedział PAP Wojciech Wojtkowski.
Dodał, że obecnie Maciuś dobrze się rozwija, ale jest to stan przejściowy, ponieważ zespolenia wykonane prawie rok temu są już mało wydolne, i chłopca czekają kolejne zabiegi obarczone ryzykiem.
Lekarz kardiochirurg leczący Maćka, Radosław Jaworski ze szpitala w Gdańsku Zaspie rozmawiając o kolejnych operacjach chłopca podpowiedział rodzicom, że w przygotowaniu i zaplanowaniu zabiegów pomógłby trójwymiarowy model serca. Takie modele przygotowują np. lekarze w Stanach Zjednoczonych.
"Lekarz podpowiedział, że o takim projekcie można porozmawiać z uczelniami. Jednak wówczas zaczynały się wakacje i dopiero po 2-3 miesiącach można by uzyskać wiążącą odpowiedź, jeśli ktokolwiek podjąłby temat" - dodał Wojtkowski. Podkreślił, że to właśnie upływający czas był w tej sprawie kluczowy.
"My nie mamy czasu, jesteśmy zdesperowani, poruszymy niebo i ziemię, by ratować Maćka - podkreślił. - Postanowiłem więc wziąć płytę z badaniem tomograficznym serca i taki model w trójwymiarze wygenerować. Znam się na modelowaniu 3D, ponieważ jestem informatykiem i programistą".
Dodał, że w projektowaniu modelu serca w rzeczywistym rozmiarze pomógł mu jego dawny wykładowca zajmujący się biomechaniką - dr inż. Henryk Olszewski z Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej w Elblągu. "Na podstawie jego wskazówek udało się wygenerować model, podczas prac konsultowałem się z dr Radosławem Jaworskim" - dodał ojciec Maćka.
"Do tej pory w medycynie i w biomechanice tworzono modele i wydruki 3D układów kostnych. Nam udało się utworzyć algorytmy tkanek miękkich, potrzebne do stworzenia trójwymiarowego modelu serca. Trudność polegała na tym, by +oddzielić+, wyodrębnić tkanki serca w obrazie pokazującym wiele rodzajów tkanek miękkich. Dzięki temu kardiochirurdzy mogą zobaczyć konfiguracje serca z naczyniami jeszcze przed operacją" - opisał Wojtkowski.
Wojciech Wojtkowski pracuje w Elbląskim Parku Technologicznym a ponieważ Park dysponuje drukarką 3D, poprosił dyrekcję o pomoc w wydrukowaniu modelu serca.
Drukowanie modelu trwało 14 godzin, a przygotowanie algorytmów dwa miesiące - wyjaśnił programista.
Kardiochirurg Ireneusz Haponiuk ze szpitala św. Wojciecha w Gdańsku Zaspie powiedział PAP, że model 3D serca chłopca pokazuje ten organ w naturalnym rozmiarze i jego wadę - taką, jaką ona w rzeczywistości jest. "To nie jest wyobrażenie, to nie jest płaski obraz, który otrzymujemy z całego szeregu innych badań. Takie modelowanie ułatwia przyjęcie pewnej strategii leczenia, prognozowanie potencjalnych efektów i wyboru najlepszej dla danego pacjenta metody terapeutycznej" - wyjaśnił kardiochirurg.
"Bardzo często jest tak, że obrazowanie +buduje się+ w głowie chirurga. Bywa także, że obraz rzeczywisty odbiega od tego, który sobie lekarze wyobrażają i bywa też tak, że na analizę tego, co należy zrobić, jest dużo mniej czasu. Mając do dyspozycji obraz 3D już przed zabiegiem, ryzyko możemy zmniejszyć" - podkreślił specjalista.
Dodał, że lekarze chcieliby wspólnego opracowania strategii technologii badawczej tworzenia modelu 3D serca i być może wdrożenia i wprowadzenia jej do katalogu procedury medycznej.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl
Komentarze
[ z 6]
fantastyczny przykład tego jak najnowsze technologie i informatyka mogą zostać wykorzystane w praktyce klinicznej lekarzy. W tym miejscu doszło do współpracy ojca troskającego się o zdrowie swojego dziecka, który podjął się jednorazowego opracowanie modelu trójwymiarowego swojego synka dla potrzeb kardiochirurgów i celem zwiększenia precyzji i możliwości zaplanowania każdego z etapów operacji. Ale kto wie, czy jeśli metoda przyniesie pożądany skutek i w znacznym stopniu ułatwi pracę lekarzy skracając czas zabiegu lub przyczyniając się do zmniejszenia liczby powikłań, albo do dokładniejszego, bardziej precyzyjnego przeprowadzenia każdego z etapów zabiegu, może w przyszłości informatycy zajmujący się programowaniem 3D i będący w stanie tworzyć modele narządów chorych pacjentów właśnie dla potrzeb lekarzy zabiegowych nie znajdą dla siebie stałego miejsca na oddziałach szpitalnych. Medycyna się rozwija, jednak czasem mam wrażenie, że dzieje się to osobnymi ścieżkami rzadko przeplatającymi się z drogami którymi podąża rozwój najnowszych technologii. Szkoda, że nie idziemy do przodu wspólnie, tak aby zjednoczonymi siłami lekarzy, naukowców, badaczy zajmujących się zdrowiem publicznym i naukami medycznymi oraz informatyków, inżynierów, programistów działać dla wspólnego dobra i zwiększania możliwości wdrażania nowoczesnych, skutecznych terapii.
Moim zdaniem był to piękny i wzruszający w swojej wymowie gest ojca, który nie chciał biernie czekać na wyniki operacji i leczenia chorego dziecka, ale całym sobą i w ramach swoich możliwości chciał w ten proces terapeutyczny się zaangażować. Bez względu na to co podaje prasa, mam pewne wątpliwości czy projekt trójwymiarowy uwzględniający precyzyjnie elementy morfologiczne serca chłopczyka wraz z występującą u niego wadą był potrzebny chirurgom przed dokonaniem zabiegu i czy rzeczywiście opierali oni na nim swoją wiedzę czy plany dotyczące operacji. Dobrze jednak, że pacjent z taką inicjatywą wyszedł. Kto wiem, może jeśli rzeczywiście kardiochirurgom projekt się przydał i zwiększył komfort pracy, czy w przyszłości podobne programy informatyczne nie wejdą do powszechnego użytku. Tym bardziej, że być może możliwym by było napisanie programu, który samodzielnie dokonywałby rekonstrukcji 3D narządów na podstawie obrazu tomograficznego, co z resztą już się wykonuje, tylko najprawdopodobniej nie z taką dokładnością co praca tego mężczyzny zaniepokojonego losami swojego dziecka. Tak przypuszczam, bo w innym wypadku nie widziałabym powodu, aby zachwycać się wykonaną przez niego pracą.
Może troszkę złośliwie pozwolę sobie zauważyć w odpowiedzi na być może retoryczne pytanie zadane przez panią Hannę w komentarzu powyżej. Ale może faktycznie i w rzeczywistości wykonany przez ojca chłopca poddawanego operacji kardiochirurgicznej model trójwymiarowy serca nie odbiegał dokładnością czy wartością merytoryczną od obrazów otrzymywanych w programach opracowujących obrazy uzyskane na podstawie badania metodą tomografii komputerowej tylko, że lekarze nie chcieli psuć jego zapału i nie wyjaśnili mu, że jego praca była zbędna, albo przynajmniej mało potrzebna do dokonania zabiegu?
To bardzo ciekawe rozwiązanie. Warto zaznaczyć, że w niewielkiej ilości ośrodków medycznych w Polsce lekarze mają dostęp do druku trójwymiarowego. W przypadku tematu serca warto jest wspomnieć o tym, że jakiś czas temu na Uniwersytecie w Tel Awiwie miało miejsce bardzo ważne wydarzenie, bowiem udało się stworzyć przy pomocy drukarki 3D pierwsze na świecie sztuczne serce.. Co prawda póki co wytworzone serce jest wielkości serca królika, jednak naukowcy mają optymistyczne podejście do tego, że w przyszłości uda im się stworzyć je o wielkości zbliżonej do wielkości serca człowieka. Warto zaznaczyć, że do jego wytworzenia zostały użyte własne komórki, co z pewnością redukuje ryzyko odrzutu przez gospodarza oraz sprawi, że leczenie immunosupresyjne z dużym prawdopodobieństwem nie będzie konieczne, a jak wiemy jest ono uciążliwe dla pacjenta z uwagi na liczne skutki uboczne. Przeszczepy tego narządu są póki co jedyną formą leczenia schyłkowej niewydolności serca. Doskonale wiadomo, że ilość tych narządów do przeszczepu w naszym kraju jest problemem, którego rozwiązanie nie jest wcale proste. Możliwość stworzenia serca w technologii druku trójwymiarowego rozwiązałoby ten problem, co z pewnością przyczyni się do uratowania ogromnej ilości pacjentów. W naszym kraju są przecież specjaliści, którzy są w stanie przeprowadzać tak skomplikowane operacje jakimi są przeszczepy serca. Świetnie by było, jeśli udałoby się wykorzystać te niesamowite zdolności przeszczepiając chorym pacjentom, serca wydrukowane w technologii 3D. Od jakiegoś czasu druk trójwymiarowy ma coraz szersze zastosowanie w medycynie. Pomimo tego, że udało się już stworzyć naprawde bardzo zaawansowane struktury z biegiem czasu słyszymy o coraz to nowszych doniesieniach. Stworzono również prototyp tkanki, która jest zbliżona do płuc. Jest ona na tyle elastyczna oraz wytrzymałya, że nie ulegnie uszkodzeniu podczas ruchów klatki piersiowej. W ostatnim czasie bioinżynierom udało się stworzyć przy udziale technologii druku trójwymiarowego skomplikowaną sieć naczyń, przez które jest w stanie płynąć krew oraz chłonka. Może to być przełom jeżeli chodzi o drukowanie organów ponieważ obecnie istotnym ograniczeniem było to, że nie dało się stworzyć struktur, które doprowadzałyby do nich składniki odżywcze, a usuwały z nich zbędne produkty. Zwracajac uwagę na to jak szybko rozwija się technologia druku trójwymiarowego w naszym kraju wprowadza się istotne zmiany. Na Wydziale Inżynierii Biomedycznej Politechniki Śląskiej w Gliwicach studenci kształcą się w kierunku, który pozwoli im na tworzenie możliwie najbardziej spersonalizowanych wyrobów medycznych. Dzięki temu są one bardziej dokładne znacznie skraca to czas rekonwalescencji. Z pewnością zapotrzebowanie na specjalistów, którzy będa zajmować się drukiem 3D będzie stale wzrastać. Konieczne więc wydaje się być kształcenie kolejnych osób, które będą w stanie projektować i wykonywać wspomniane wyroby medyczne. Połączenie umiejętności tych specjalistów z olbrzymią wiedzą naszych lekarzy z pewnością zaowocuje w przyszłości licznymi dokonaniami, o których będzie głośno na całym świecie. Polscy naukowcy również bardzo przyczynili się do tego aby wprowadzać innowacyjne przedmioty z wykorzystaniem druku trójwymiarowego. Jest więc to kolejna dziedzina, w której nasi naukowcy są w ścisłej czołówce na świecie. Powinniśmy się cieszyć z licznych osiągnięć które u nas powstają ponieważ prawdopodobnie dostęp do nich będzie dużo łatwiejszy, a także tańszy, co jest oczywiście bardzo istotne. Naukowcy z Politechniki Łódzkiej koncentrują się na stworzeniu cewki moczowej w technologii druku 3D, która znajdzie swoje zastosowanie w urologii, zwłaszcza dziecięcej. Pozostając jeszcze temacie cewek to naukowcom ze Szwajcarii udało się stworzyć mikrostruktury o odpowiedniej plastyce, które są nawet do 40 razy mniejsze od tych, których używa się obecnie. Dzięki nim możliwe stanie się stworzenie bardzo małych stentów, które będa mogły posłużyć chociażby do rozszerzania cewek u dzieci, nawet w trakcie trwania ciąży. Takie przypadki zdarzają się około 1 na 1000 więc ich zastosowanie może być bardzo duże. Stenty te mogłyby dodatkowo znaleźć zastosowanie w przypadku choroby niedokrwiennej serca. Ta jest stosunkowo częstym schorzeniem, dlatego wielu pacjentów mogłoby na tym wiele skorzystać. Wydaje mi się, że dobrze aby stenty były produkowane z antybakteryjnych materiałów, na których bakterie nie miałyby możliwości rozwoju co stanowi zagrożenie dla zdrowia, a nawet życia. Na razie wykorzystanie stentów jest w fazie badań na zwierzętach jednak jak podkreślają naukowcy wyniki są obiecujące, co być może przyczyni się do tego, że znajdą również zastosowanie w przypadku ludzi. W olsztyńskim szpitalu możliwe stało się projektowanie i tworzenie implantów przy udziale technologii trójwymiarowej, dzięki którym można odbudować zęby czy chociażby fragment oczodołu. Stworzone wszczepy są w lepszym stopniu dostosowane do warunków anatomicznych, a wszczepienie jest w mniejszym stopniu skomplikowane, co sprawia, że operacja trwa krócej, co jest korzystne zarówno dla całego personelu medycznego przeprowadzającego operację, ale również i dla pacjenta. Uprzednio w wielu przypadkach rekonstrukcji oczodołu stosowane były tytanowe siatki dostosowywane w trakcie trwania operacji. Obecnie jest to możliwe przed zabiegiem. Dzięki temu powikłania pooperacyjne przykładowo pod postacią podwójnego widzenia, występują rzadziej. Pacjenci z uwagi na to, że zabieg trwa krócej przyjmują mniejszą ilość środków przeciwbólowych oraz przeciwzapalnych co jest mniej obciążające dla ich zdrowia. Wydaje mi się to mieć istotne znaczenie między innymi w przypadku starszych osób, które są poddawane terapii onkologicznej, a ich nerki czy też wątroba oraz przewód pokarmowy mogą być w pewnym stopniu uszkodzone. Otrzymany model może posłużyć również młodym lekarzom do edukacji oraz do objaśnienia choremu w jaki sposób będzie przebiegała operacja. Bardzo często takie wyjaśnienie potrafi zredukować stres, który z wielu względów nie jest korzystny przed samym zabiegiem. Bardzo szerokie zastosowanie druk 3D znajduje również w tworzeniu protez kończyn. Wyprodukowanie ich w pewnej technologii pozwala na oszczędności rzędu 40 procent ceny standardowej protezy. Być może dzięki temu ich pozyskanie nie będzie stanowiło aż tak dużego problemu. Warto zaznaczyć że, dzięki temu, iż nowoczesna proteza będzie mogła być w pełni dopasowana nie będą konieczne amputacje, których celem jest stworzenie takich warunków, które odpowiadają standardowej protezie, co jest z pewnością korzystne dla pacjentów. Coraz częściej również drukuje się przedmioty wykorzystywane w celach edukacyjnych. Przykładowo w Australii na jednej z uczelni drukuje się kości, na których studenci uczą się ich budowy. Taka nauka z pewnością jest dużo bardziej efektywna i posłużyć bardzo dużej liczbie studentów do nauki.
Jeżeli chodzi o pandemię koronawirusa to miała ona ogromny wpływ na funkcjonowanie polskiej kardiochirurgii. Z danych wynika, że w 2020 r. liczba zabiegów kardiochirurgicznych w naszym kraju spadła aż o 30 procent w porównaniu do 2019 r. O ile przed pandemią w 2019 r. przeprowadzono ich ponad 25 080, to w 2020 r. zaledwie 19 261. W dużo mniejszym stopniu, zaledwie o 11 procent, spadła liczba zabiegów kardiochirurgii dziecięcej, szczególnie wśród noworodków i dzieci do pierwszego roku życia. Specjaliści twierdzą, że dzieci dużo rzadziej niż dorośli chorowały na COVID-19. Opieka medyczna nad tą grupą pacjentów nie była tak zdestabilizowana, jak w przypadku dorosłych. Wśród noworodków do pierwszego miesiąca życia odnotowano jedynie 9 procentowe zmniejszenie liczby zabiegów, a wśród niemowląt do pierwszego roku życia – o zaledwie 2,5 procent. Gorzej sytuacja wyglądała wśród dzieci starszych. Wśród tych do 18. roku życia spadek ten sięgnął już 18,7 procent, a pacjentów nieco powyżej 18 lat – 36 procent. Jak się okazuje potrzeba co najmniej dwóch lat, aby nadrobić powstałe zaległości w operacjach. Na skutek pandemii w wielu ośrodkach znacznie się wydłużyły kolejki pacjentów oczekujących na planowe operacje kardio- i torakochirurgiczne. Przed pandemią te kolejki były stosunkowo niewielkie, ponieważ oddziały zabiegowe prężnie pracowały, jednak pandemia COVID-19 przyczyniła się do ogromnych zmian. Z niektórymi planowymi zabiegami nie można czekać zbyt długo, np. po ciężkim zawale serca lub w przypadku zaawansowanej choroby wieńcowej, ponieważ pacjent może ich nie doczekać. Opóźnienie operacji znacznie zwiększa koszty leczenia pacjenta. Zbyt długie oczekiwanie powoduje, że trzeba powtarzać badania diagnostyczne. W czasie poszczególnych fal pandemii część oddziałów kardiochirurgicznych przekształcono w placówki covidowe, a znajdujące się w nich ECMO przeznaczono na potrzeby chorych z niewydolnością oddechową. Obecnie operuje się większą liczbę chorych, jednak poważnym problemem jest wciąż brak personelu medycznego. Problem nie dotyczy tylko lekarzy, brakuje także pielęgniarek, które przeszły do innych szpitali, głównie zajmujących się dotąd leczeniem covidu. Aby zwiększyć liczbę operacji kardiochirurgicznych, konieczne jest ściągnięcie na oddziały większej liczby pielęgniarek oraz anestezjologów. Warto wspomnieć o tym, że polski robot chirurgiczny mógłby być kilkakrotnie tańszy niż znany na całym świecie robot Da Vinci. Chociaż powstały już funkcjonujące prototypy robota Robin Heart, wciąż nie doczekał się on debiutu. Tymczasem coraz więcej procedur medycznych może być przeprowadzanych przez roboty. Przyszłością medycyny będą urządzenia w pełni autonomiczne. Opracowany został taki system, żeby przynajmniej niektóre operacje można było przeprowadzić przez jedną osobą, która jest obecna za konsolą i przełącza odpowiednio funkcje. Co więcej, narzędzia, które są montowane na tym robocie i każdym następnym opracowanych przez tych naukowców, były mechatroniczne, a więc można było je ściągnąć i włożyć w uchwyt w dłoni i sterować nimi jak mechatronicznymi narzędziami. Automatyzacja procesów związanych z przeprowadzaniem interwencji medycznych może stać się koniecznością, z jednej strony z uwagi na możliwość wyeliminowania czynników ryzyka, takich jak błąd ludzki, a z drugiej z uwagi na coraz większe problemy w kadrze medycznej. W ciągu ostatnich lat tylko kilka innowacyjnych urządzeń kardiochirurgicznych trafiło na sale zabiegowe Większość z nich pojawia się na rynku po kilku, a nawet kilkunastu latach z uwagi na długi proces certyfikacji, obejmujący chociażby szereg badań klinicznych. Lekarze od dłuższego czasu dyskutują również o możliwości przeprowadzania operacji na odległość. Tego typu procedury są wykonywane jednak przez zaledwie kilkunastu specjalistów na świecie, a sam koszt przeprowadzenia operacji jest bardzo duży. Nie zostało wyeliminowane również ryzyko komplikacji. Kardiochirurdzy oczekują natomiast przede wszystkim takich innowacji, które sprawią, że pacjent łagodnie przejdzie przez proces leczenia. Najważniejsze jest wprowadzanie innowacji, które spowodują poprawę wyników leczenia, czyli poprawę bezpieczeństwa operacji, obniżając liczbę komplikacji. Kardiochirurgia powinna być w swoim zmniejszeniu inwazyjności krótsza w hospitalizacji. W naszym kraju każdego roku przeprowadza się około 20 tysięcy operacji kardiologicznych. W kilkunastu procentach zabiegów dochodzi do problemów z zaburzeniem ukrwienia mięśnia sercowego. Opracowane przez polskich naukowców urządzenie pozwala rejestrować sygnał EKG bezpośrednio z powierzchni bijącego serca. Najważniejszym elementem tego urządzenia ma być elektroda w formie niewielkiego „płatka”, która będzie się łączyć z powierzchnią serca. Urządzenie ma pracować bezpośrednio na mięśniu sercowym, dzięki czemu operacja wszczepienia bajpasów nie będzie oznaczała konieczności podawania płynów pozaustrojowych. Co więcej będzie informowało zespół operacyjny o nadchodzącym niebezpieczeństwie np. niedokrwienia mięśnia sercowego. Urządzenie, nad którym pracują wspomniani naukowcy, jest odpowiedzią na częsty problem podczas operacji serca utratę sygnału EKG. Kardiowertery-defibrylatory z funkcją stymulacji resynchronizującej to stosowana od wielu lat metoda terapii niewydolności serca. Do niedawna, aby zrealizować transmisję danych z wszczepionego pacjentowi urządzenia, wymagane było posiadanie osobnego modemu zewnętrznego urządzenia, które o konkretnej godzinie w nocy łączyło się z urządzeniem zaimplantowanym pacjentowi i transmitowało dane do centrum telemonitoringu w ośrodku prowadzącym. Aktualnie dzięki komunikacji opartej na technologii bluetooth transmisja danych z urządzenia jest możliwa poprzez oprogramowanie zainstalowanie na smartfonie, który jest dostępny i używany coraz częściej, także przez starsze osoby. Jeśli pacjent dostrzeże u siebie niepokojące symptomy może poprzez łatwą w użyciu aplikację praktycznie z każdego miejsca na świecie sprawdzić, czy nie dzieje się nic niebezpiecznego. W czasach pandemii wywołanej koronawirusem i dużego obciążenia ośrodków, pacjenci posiadający urządzenia wszczepialne są kontrolowani w trybie stacjonarnym standardowo raz na 6-12 miesięcy. W przypadku nowego urządzenia, nawet jeśli nie pojawią się niepokojące objawy zdalna kontrola urządzenia oparta na transmisji danych będzie odbywała się co trzy miesiące. W przypadku zdarzenia spełniającego kryteria istotnego klinicznie, transmisja będzie niemal natychmiastowa. Cały świat podąża w kierunku mechanicznego wspomagania krążenia. W niektórych krajach, np. w Niemczech, sztuczne pompy są częściej wszczepiane niż serca od dawców. Polscy specjaliści prowadzą prace nad biodegradowalnym stentem zewnętrznym wykorzystywanym w tak zwanym pomostowaniu tętnic wieńcowych (tzw. bypassach). Ma on poprawić skuteczność tych najczęściej wykonywanej zabiegów kardiochirurgicznych. Nowej generacji stent ma zapewnić dłuższe utrzymanie drożności wykonanych pomostów tętnic, co jest wciąż poważnym problem w kardiochirurgii. Do pomostowania tętnic wieńcowych, czyli zakładania bypassów, najczęściej wykorzystuje się własną żyłę pacjenta. Zazwyczaj jest to żyła odpiszczelowa, wszczepiana między aortę a zwężoną tętnicę wieńcową. W wyniku naprężenia, na skutek obecnego wysokiego ciśnienia tętniczego, naczynie to ulega naturalnemu procesowi przebudowy, a więc przyrasta na grubość, co niestety dzieje się do wnętrza światła naczynia. Prowadzi to do zmniejszenia światła naczynia i jego zamykania. Biodegradowalny stent zewnętrzny ograniczy naprężenie ścian pomostu żylnego poprzez jednakowe wzmocnienie na całej jego długości. Dzięki temu pomost dłużej zachowa swoją drożność i będzie posiadał właściwości tętnicy, czyli m.in. będzie odporny na wysokie ciśnienie. Polskie rozwiązanie jest pionierskie i ma dać szansę na dłuższe i lepsze życie chorym z miażdżycą tętnic wieńcowych, będącą jedną z głównych przyczyn śmierci. Możliwości jakie daje praca z technologią trójwymiarową jest coraz większa. Możliwość obejrzenia detali anatomicznych wady serca i ich relacji przestrzennych na wydrukowanym przed operacją modelu 3D serca naturalnej wielkości jest dla kardiochirurga bardzo pomocna.
Naukowcy z powodzeniem radzą sobie z drukowaniem komórek i biomateriałów, z których są zbudowane ludzkie tkanki, ale wciąż są dalecy od stworzenia całych funkcjonalnych narządów. Druk trójwymiarowy co prawda jest coraz częściej wykorzystywany w medycynie, np. do produkcji implantów stomatologicznych lub modeli wykorzystywanych przez chirurgów do symulowania przeprowadzanych operacji. Ponadto technologia pozwala na wykorzystanie biotuszu do produkcji komórek, które pozwoliłyby opracować w pełni funkcjonujące narządy. Aby go stworzyć, należy w pierwszej kolejności stworzyć przestrzenne rusztowanie, na którym można by osadzić komórki macierzyste różnicujące się i rozrastające w konkretne tkanki. Niestety, w tym momencie nie ma możliwości aby to zrobić metodami laboratoryjnymi, bo dostępne protokoły biologiczne nie pozwalają na organizację różnych gradientów i wzorców strukturalnych w tkankach, które nie są jednorodne. Dzieje się tak ponieważ nie ma kontroli nad tym, w które miejsce tkanki trafiają właściwe komórki. Takie możliwości oferuje natomiast druk w technice trójwymiarowej, który pozwala bioinżynierom na precyzyjne kierowanie komórek. To z kolei przekłada się na lepsze organoidy, a w końcu może i umożliwić tworzenie organów. Naukowcom z Teksasu udało się wydrukować sztuczny organ, który gdy pojawia się taka konieczność uwalnia odpowiednią ilość hormonu regulującego poziom cukru we krwi. Na dodatek nowy wynalazek jest skuteczniejszy niż prototypy podobnych urządzeń, które powstały na świecie do tej pory. Choć postęp badań nad cukrzycą we współczesnej medycynie jest znaczący, a nawet inteligentne plastry dostarczające pacjentom insulinę nie są dużym zaskoczeniem, to sztuczna trzustka zdolna do wytwarzania insuliny stanowi dużo większe wyzwanie. Pionierami w tej dziedzinie są naukowcy z naszego kraju, którym już kilka lat temu jako pierwszym na świecie udało się wydrukować za pomocą technologii trójwymiarowej bioniczny odpowiednik tego organu. Bioinżynierom z Teksasu za pomocą druku 3D udało się opracować urządzenie imitujące działanie naturalnej trzustki, a także specjalny materiał hydrożelowy stanowiący osłonę dla sprzętu. Dzięki temu praca sprzętu nie zostaje zakłócona, a organizm nie odrzuca sztucznego organu. W ramach trzyletniego projektu naukowego badacze z Teksasu skupią się na tym, aby sztuczna trzustka we właściwym momencie reagowała na różny poziom cukru we krwi i w razie potrzeby uwalniała insulinę w idealnym momencie, w taki sposób, by było to najkorzystniejsze dla pacjenta. Technologia biodruku posłużyła naukowcom do opracowania techniki wytwarzania trójwymiarowych rusztowań wspomagających leczenie złamanych kości u pacjentów z cukrzycą. Rusztowanie to zbudowane jest z komórek macierzystych szpiku kostnego, morfogenicznego białka kości i makrofagów. Cukrzyca może zwiększać ryzyko złamań kości nawet o 300 procent. Wysoki poziom glukozy we krwi utrudnia też proces gojenia. Biodruk trójwymiarowy pozwoli więc usprawnić proces leczenia i ułatwić dostęp do skutecznych terapii.Na początku pandemii wywołanej koronawirusem okazało się, że szpitalom i innym placówkom medycznym nie tylko w naszym kraju brakuje odzieży ochronnej i innego wyposażenia. Prawie połowa lekarzy w Wielkiej Brytanii przyznawała, że jest zmuszona sama zaopatrywać się w odzież ochronną. W tej sytuacji społeczność zajmująca się drukiem trójwymiarowym włączyła się do produkcji takich urządzeń jak : ochronne maski, zawory tlenowe do wentylatorów, rozdzielacze do wentylatorów i respiratorów pozwalające na ich stosowanie dla kilku pacjentów, pałeczki do wymazów testów na koronawirusa, przyłbice, kabiny do kwarantanny, prowizoryczne respiratory utworzone z wyposażenia do nurkowania z akwalungiem, a nawet dźwignie pozwalające otworzyć drzwi łokciem. Bardzo ciekawym rozwiązaniem jest wytwarzanie w druku 3D łączników, pozwalających na podłączenie nawet czterech pacjentów do jednego respiratora. Ograniczenia dla urządzeń medycznych do walki z pandemią związane są najczęściej, ale nie jedynie, z brakiem możliwości ich dezynfekcji. Przykładowo, amatorskie drukarki 3D korzystające z ekstrudera wytwarzają przedmioty, które są porowate i mają bardziej szorstką powierzchnię. Nie da się ich w odpowiedni sposób zdezynfekować. Po sukcesie przy przygotowaniu specjalnego modelu 3D żyły zaatakowanej nowotworem, naukowcy z Politechniki Opolskiej planują szerszą współpracę z lekarzami. W planach jest stworzenie m.in. fantomów układu kostnego okolic miednicy i modeli tętnic przed zabiegami. Padła propozycja, żeby opracować formy, na których można by planować operacje wprowadzania stent-graftów do naczyń krwionośnych, w których zlokalizowany jest tętniak. Wprowadzenie stent-graftu do tętnicy lub żyły jest sposobem na jego zoperowanie. W tym przypadku, na podstawie przekrojów uzyskanych z rezonansu magnetycznego lub z tomografu komputerowego tworzy się model trójwymiarowy w którym można umieścić stent-graft, który później można wykorzystać w trakcie zabiegu. Kolejnym założeniem jest stworzenie fantomu układu kostnego okolic miednicy. To będzie model, na którym będą prowadzone badania ukierunkowane na zastosowania radioterapii nowotworów ginekologicznych. Fantom umożliwi badanie efektywności naświetlania radioterapeutycznego. Obecnie fantom jest w trakcie drukowania, praca nad nim wygląda inaczej niż praca nad żyłą. W przypadku żyły model, który opracowaliśmy odzwierciedlał tkanki miękkie, tutaj skupiam się na drukowaniu modelu, który odzwierciedla tkanki kostne. Po wydrukowaniu fantom będzie uzupełniony specjalnym żelem, który będzie reprezentował tkanki miękkie. W wielu przypadkach, gdy na skutek np. choroby nowotworowej fragment kości musi zostać usunięty, wykonuje się przeszczep z innej części ciała i uzupełnia brakujący fragment np. żuchwy czy kości czaszki. Technologia druku 3D daje nam możliwość stworzenia różnych kształtów w zależności od konkretnej sytuacji, np. określonej kości. Jeżeli wydrukuje się fragment ubytku kości po resekcji nowotworowej i chcemy wszczepić materiał, który zintegruje się z tkanką kostną, a następnie odbudują się nad nim komórki, musi najpierw zostać wysterylizowany, żeby nie wprowadzać do organizmu niepotrzebnych mikrobów. Wyzwaniem dla medycyny i bioinżynierii jest odbudowa całej krtani, ponieważ przeszczepienie jej od dawcy jest procedurą obarczoną wysokim ryzykiem, biorąc pod uwagę biozgodność i możliwą akceptację narządu. Istnieje wiele możliwości przezwyciężenia tych trudności. Jednym z najnowszych i najskuteczniejszych rozwiązań jest sztuczna krtań. Odpowiedni implant powinien być biokompatybilny i spersonalizowany dla każdego pacjenta. Do wykonania takiego implantu wykorzystuje się sztuczną porowatą krtań rusztowania pokrytą kolagenem i chondrocytami. Porowate rusztowania polimerowe są używane do imitowania struktury narządów i stały się kluczowym elementem trójwymiarowej hodowli komórek. Analiza obrazów pochodzących z nowoczesnych metod tomografii komputerowej i rezonansu magnetycznego o wysokiej rozdzielczości z możliwością rekonstrukcji trójwymiarowej umożliwia bardzo precyzyjne zaplanowanie allogenicznego podłoża rekonstrukcji. Spełnia ona warunek zabiegu ''spersonalizowanego''. Anatomia i fizjologia krtani determinują parametry fizykochemiczne materiałów użytych do allogenicznej budowy tego narządu. Stosowanie metalicznych pierwiastków takich jak tytan nie jest wskazane, ze względu na brak stabilności tak ciężkiej konstrukcji oraz niski stopień adhezji komórek. Wykorzystanie materiałów ceramicznych, np. apatytu, jest ryzykowne ze względu na mikrośrodowisko śluzu, które może powodować ich degradację. Innowacyjna metoda drukowania części ciała może być przełomem w rekonstrukcji twarzy i pourazowej chirurgii plastycznej. Nad drukarką 3D, która byłaby w stanie tworzyć chrząstki uszu czy nosa pracują walijscy naukowcy. Obecnie do pourazowych rekonstrukcji twarzy na przykład po wypadkach, oparzeniach, nowotworach skóry i wadach wrodzonych, wykorzystuje się tkankę chrząstki pacjenta, najczęściej pobieraną z żeber. Niestety, zabieg ten wiąże się z bliznowaceniem w miejscu pobrania i innymi powikłaniami. Zespół z sukcesem wyizolował ludzkie komórki macierzyste pochodzące z chrząstki nosowo-przegrodowej i wykazał, że mogą one wytwarzać macierz chrząstki poza organizmem człowieka. Co ważne, ta metoda nie wymaga przeprowadzania operacji w celu pobierania chrząstek z innych części ciała pacjenta, a zabieg jest niemal nieinwazyjny.