I ricercatori del VA Ann Arbor Healthcare System stanno usando la stampa 3D per creare prototipi di polmoni artificiali indossabili
L’esposizione a scottature, sabbia, gas di scarico diesel e sostanze chimiche sono alcuni dei fattori più comunemente citati che portano a problemi ai polmoni per i militari in servizio attivo. Secondo il Dipartimento degli affari dei veterani degli Stati Uniti (VA), circa il 20 percento dei pazienti con gravi lesioni cerebrali traumatiche ha anche un danno polmonare acuto, e studi dimostrano che c’è stato un aumento della prevalenza della malattia polmonare cronica nei veterani delle guerre in Iraq e Afghanistan , che si traducono in personale militare schierato a rischio di sviluppare malattie polmonari acute e croniche. Questi tipi di problemi respiratori portano a gravi conseguenze e gli scienziati VA stanno cercando nuovi modi per migliorare la qualità della vita dei loro pazienti.
Il VA Ann Arbor Healthcare System ha recentemente annunciato che stanno lavorando per creare un polmone artificiale portatile che potrebbe potenzialmente rivoluzionare il trattamento dei veterani affetti da malattie polmonari e aiutare nella rimozione di CO2 per le persone con malattie polmonari gravi che spesso non sono in grado di rimuovere abbastanza CO2 dal flusso sanguigno, rendendo anche le semplici attività quotidiane estenuanti. Sebbene siano ancora agli inizi, sperano di costruire polmoni artificiali biocompatibili di dimensioni molto ridotte per il supporto respiratorio portatile o indossabile a breve e lungo termine. Oltre a sviluppare un nuovo ossigenatore a membrana a fibra cava ottimizzato per fornire una completa ventilazione con CO2 per i pazienti con lesioni polmonari acute o malattie polmonari croniche. Il dispositivo indossabile per la rimozione di CO2 per la riabilitazione dei veterani dalle malattie polmonari fa parte di un progetto di sovvenzione di due anni.stavano già lavorando in un diverso polmone artificiale usando la stampa 3D e molti altri progetti, come la stampa 3D per prepararsi alla cardiochirurgia usando modelli e protesi stampati in 3D .
Abbiamo parlato con Alex Thompson, uno dei principali ingegneri biomedici che stanno attualmente lavorando alla progettazione e all’ottimizzazione dei polmoni artificiali, per saperne di più sul progetto, che in questa prima fase prevede l’uso della stampa 3D per realizzare prototipi, che successivamente , essere testato utilizzando un modello di flusso sanguigno da banco per confermare le prestazioni previste.
Qual è stata l’ispirazione dietro i nuovi polmoni artificiali in via di sviluppo?
I veterani, in particolare, hanno un’incidenza più elevata di malattia polmonare rispetto alla popolazione generale, quindi è un problema molto importante per il VA in termini di costi e trattamento. Sfortunatamente, non esiste una cura per le malattie polmonari croniche e l’unico trattamento definitivo è quello di ottenere un trapianto di polmone, che è qualcosa per cui molti veterani non sono ammissibili, quindi siamo costantemente alla ricerca di nuovi modi per aiutarli. Quindi il progetto su cui sto lavorando prevede la progettazione e lo sviluppo di polmoni artificiali più efficienti di quelli che usiamo oggi negli ospedali. I polmoni artificiali VA sono studiati per gli adulti con gravi patologie polmonari e che necessitano di rimuovere velocemente CO2 dal sangue ma non sono in grado di farlo. Anche le attività quotidiane banali possono diventare davvero estenuanti perché non riescono a respirare abbastanza velocemente da liberarsi della CO2.
Stiamo cercando di migliorare la tecnologia polmonare in modo che i medici possano applicarla al di fuori dell’unità di terapia intensiva (ICU). Gli ossigenatori che stiamo cercando di migliorare esistono già, tuttavia, se facciamo progressi significativi in quanto funzionano e quanto sono biocompatibili, il successo di questa tecnologia può portare a polmoni artificiali come terapia di destinazione, fornendo un’alternativa al trapianto polmonare . Quindi l’obiettivo è quello di creare polmoni artificiali più piccoli e compatti che possano indossare come uno zaino e farebbero ricorso a veterani che non possono beneficiare di un trapianto di polmone.
In che modo aiuta la stampa 3D?
La modifica della geometria del layout del polmone artificiale ci aiuta a ottenere prestazioni migliori. Quindi abbiamo usato la stampa 3D per la prototipazione perché è più economico e veloce per noi eseguire una simulazione al computer per quello che consideriamo un buon design, quindi stampiamo un paio di modelli in modo da poterli fabbricare e testarli prima di spostarci avanti con una produzione più costosa e che richiede tempo che coinvolge lo stampaggio ad iniezione. Quindi, in questa fase, stiamo usando la prototipazione e l’unica ragione per cui non usiamo parti stampate in 3D per il prodotto finale è perché la qualità della superficie dei dispositivi medici che devono essere in contatto con il sangue deve essere super liscia poiché qualsiasi la rugosità che viene a contatto con i contatti del sangue può portare a un coagulo. Gran parte del nostro lavoro è stampato su uno Stratasys J750, mentre nel nostro laboratorio utilizziamo stampanti 3D per stereolitografia per gestire alcune delle parti più piccole.
Lavori direttamente con i medici?
Ci sono molte persone con esperienze diverse che si uniscono per questo progetto, dai compagni di chirurgia agli studenti di medicina pre che cercano di acquisire più esperienza, così come i pionieri nel campo, come Robert Bartlett, uno degli sviluppatori del polmone artificiale che utilizza ossigenazione extracorporea di membrana (ECMO) , quindi abbiamo alcuni grandi collaboratori che lavorano a questo progetto. Sento che non sarei stato in grado di arrivare così lontano se non fosse stato per la grande leadership in entrambi i nostri laboratori, presso il VA Ann Arbor e il laboratorio ECMO dell’Università del Michigan . Pensiamo di fare grandi progressi nel polmone artificiale, che sarebbe fattibile da trasportare e più sicuro, più portatile e più conveniente.
Quando pensi che i pazienti saranno in grado di usare il nuovo polmone artificiale?
Speriamo che siano necessari dai cinque ai sei anni prima di poter iniziare gli studi preclinici. La nostra sovvenzione di due anni ci consente di creare il progetto iniziale, eseguire tutta la modellazione computerizzata necessaria, test da banco e test su animali di grossa taglia, che ci consentiranno di collegare sostanzialmente il polmone a una coorte di pecore usando la stessa tecnica di cannulazione che useremmo negli umani. Le pecore saranno in anestesia per sei ore, durante quel periodo saremo in grado di monitorare l’animale e il polmone artificiale per vedere se funziona, o se dobbiamo tornare in laboratorio. Il prossimo passo sarà l’impianto cronico, che prevede lo stesso set up tranne per il fatto che dopo aver collegato il polmone artificiale, le pecore saranno portate fuori dall’anestesia e monitorate per 30 giorni.
Questa è una parte molto eccitante della rete di stampa 3D nel VA, che sta avanzando rapidamente usando nuove tecnologie per sviluppare prototipi e siamo molto felici che i nostri Veterani avranno un’alta qualità di assistenza, con risultati che potrebbero migliorare molte vite . Il dispositivo potrebbe essere utilizzato come misura temporanea: un ponte per aiutare i pazienti in attesa di trapianto di polmone o un aiuto per i veterani con recupero dei polmoni. Questo è uno dei tanti sforzi 3D completi in tutto il VA, che prevediamo di avere di più in futuro.
