Des chercheurs de l'Université du Minnesota, avec le soutien de Medtronic, ont développé un processus révolutionnaire pour l'impression 3D multi-matériaux de modèles réalistes de la valve aortique du cœur et des constructions environnantes qui imitent l'apparence et la sensation exactes d'un vrai client.




Ces modèles d'organes spécifiques au client, qui incluent des réseaux de capteurs souples imprimés en 3D intégrés dans la framework, sont fabriqués à l'aide d'encres spécialisées et d'un processus d'impression 3D personnalisé. Ces modèles peuvent être utilisés en préparation de procédures mini-invasives pour améliorer les résultats de milliers de sufferers dans le monde.

La recherche est publiée dans Science Developments, une revue scientifique à comité de lecture publiée par l'American Association for the Advancement of Science (AAAS).




Les chercheurs ont imprimé en 3D ce qu'on appelle la racine aortique, la section de l'aorte la additionally proche et attachée au cœur. La racine aortique se compose de la valve aortique et des ouvertures pour les artères coronaires. La valve aortique a trois volets, appelés feuillets, entourés d'un anneau fibreux. Le modèle comprenait également une partie du muscle ventricule gauche et de l'aorte ascendante.

« Notre objectif avec ces modèles imprimés en 3D est de réduire les risques médicaux et les troubles en fournissant des outils spécifiques au affected individual pour aider les médecins à comprendre la composition anatomique exacte et les propriétés mécaniques du cœur du individual spécifique », a déclaré Michael McAlpine, ingénieur mécanique de l'Université du Minnesota professeur et chercheur principal sur l'étude. « Les médecins peuvent tester et essayer les implants valvulaires avant la procédure. Les modèles peuvent également aider les clients à mieux comprendre leur propre anatomie et la procédure elle-même. »

Ce modèle d'organe a été spécifiquement conçu pour aider les médecins à se préparer à une procédure appelée remplacement de la valve aortique par transcathéter (TAVR) dans laquelle une nouvelle valve est placée à l'intérieur de la valve aortique native du individual. La procédure est utilisée pour traiter une passion appelée sténose aortique qui survient lorsque la valve aortique du cœur se rétrécit et empêche la valve de s'ouvrir complètement, ce qui réduit ou bloque le flux sanguin du cœur vers l'artère principale. La sténose aortique est l'une des affections cardiovasculaires les additionally courantes chez les personnes âgées et touche approximativement 2,7 thousands and thousands d'adultes de plus de 75 ans en Amérique du Nord. La procédure TAVR est moins invasive que la chirurgie à cœur ouvert pour réparer la valve endommagée.

Les modèles de racine aortique sont fabriqués en utilisant des tomodensitogrammes du client pour correspondre à la forme exacte. Ils sont ensuite imprimés en 3D à l'aide d'encres à foundation de silicone spécialisées qui correspondent mécaniquement à la feeling de tissu cardiaque réel que les chercheurs ont obtenu des laboratoires Seen Heart de l'Université du Minnesota. Les imprimantes commerciales actuellement sur le marché peuvent imprimer la forme en 3D, mais utilisent des encres souvent trop rigides pour correspondre à la douceur du tissu cardiaque réel.

D'un autre côté, les imprimantes 3D spécialisées de l'Université du Minnesota ont pu imiter à la fois les composants des tissus mous du modèle, ainsi que la calcification dure sur les volets de valve en imprimant une encre similaire à la pâte de rebouchage utilisée dans la design pour réparer cloisons sèches et plâtre.

Les médecins peuvent utiliser les modèles pour déterminer la taille et l’emplacement du dispositif à valve pendant la procédure. Les capteurs intégrés imprimés en 3D dans le modèle donnent aux médecins le retour de pression électronique qui peut être utilisé pour guider et optimiser la sélection et le positionnement de la valve dans l'anatomie du affected person.

Mais McAlpine ne voit pas cela comme la fin de la route pour ces modèles imprimés en 3D.

« Alors que nos approaches d'impression 3D continuent de s'améliorer et que nous découvrons de nouvelles façons d'intégrer l'électronique pour imiter la fonction des organes, les modèles eux-mêmes peuvent être utilisés comme organes artificiels de remplacement », a déclaré McAlpine, titulaire de la chaire de la Chaire de la famille Kuhrmeyer à l'Université du Minnesota. Département de l'Ingénierie Mécanique. « Un jour, peut-être que ces organes ‘bioniques' pourront être aussi bons ou meilleurs que leurs homologues biologiques. »

En moreover de McAlpine, l'équipe comprenait des chercheurs de l'Université du Minnesota, Ghazaleh Haghiashtiani, co-leading auteur et un récent doctorat en génie mécanique. diplômé qui travaille maintenant chez Seagate Kaiyan Qiu, un autre co-leading auteur et ancien chercheur postdoctoral en génie mécanique qui est maintenant professeur adjoint à l'Université de l'État de Washington Jorge D. Zhingre Sanchez, ancien doctorant en génie biomédical. étudiant qui a travaillé dans les laboratoires Visible Heart de l'Université du Minnesota qui est maintenant ingénieur principal en R&D chez Medtronic Zachary J. Fuenning, étudiant diplômé en génie mécanique Paul A. Iaizzo, professeur de chirurgie à la faculté de médecine et directeur fondateur des Laboratoires du cœur visible de l’U of M Priya Nair, scientifique senior chez Medtronic et Sarah E. Ahlberg, directrice de la recherche et de la technologie chez Medtronic.

Cette recherche a été financée par Medtronic, le National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering des Nationwide Institutes of Wellbeing, et le Minnesota Discovery, Study, and InnoVation Economic climate Initiative (MnDRIVE) par le biais de l'État du Minnesota. Un soutien supplémentaire a été fourni par la bourse de doctorat interdisciplinaire et la bourse de thèse de doctorat de l'Université du Minnesota attribuées à Ghazaleh Haghiashtiani.