I RICERCATORI DELL’UMN COLLABORANO CON MEDTRONIC PER STAMPARE IN 3D MODELLI DI VALVOLE CARDIACHE SPECIFICI PER IL PAZIENTE
I ricercatori dell’Università del Minnesota (UMN) hanno lavorato con la società di tecnologia medica Medtronic per sviluppare modelli aortici stampati in 3D realistici e personalizzabili.
Utilizzando inchiostri polimerici a base di silicone su misura, il team di UMN ha fabbricato duplicati realistici di una radice aortica umana, la sezione vascolare che è attaccata più vicino al cuore. Le repliche specifiche per il paziente potrebbero consentire ai chirurghi di prepararsi meglio per procedure minimamente invasive, migliorando gli esiti chirurgici per i pazienti cardiovascolari nel processo.
“I medici possono effettivamente testare e provare gli impianti valvolari prima della procedura”, ha spiegato Michael McAlpine, capo ricercatore dello studio. “Il nostro obiettivo con questi modelli stampati in 3D è ridurre i rischi e le complicazioni mediche fornendo strumenti specifici per il paziente per aiutare i medici a comprendere l’esatta struttura anatomica e le proprietà meccaniche del cuore del paziente specifico”.
I pericoli nascosti degli interventi chirurgici cardiovascolari
Poiché i progressi della tecnologia medicinale continuano ad aumentare le aspettative di vita in tutto il mondo, il mantenimento della salute di una popolazione sempre più anziana è diventato un problema urgente. Le persone anziane sono particolarmente vulnerabili alle malattie cardiovascolari e la comune condizione di stenosi aortica non congenita (AS) colpisce 2,7 milioni di persone di età superiore ai 75 anni nel solo Nord America.
AS causa il restringimento della valvola aortica, con conseguente limitazione del flusso sanguigno dal ventricolo sinistro all’aorta e, infine, disfunzione ventricolare. Data l’età avanzata dei pazienti che tendono a soffrire di AS, è spesso considerato troppo rischioso per molti pazienti con AS ricevere la sostituzione chirurgica della valvola tramite un intervento a cuore aperto.
La sostituzione della valvola aortica transcatetere (TAVR) offre un metodo alternativo minimamente invasivo di trattamento aortico. Utilizzando un sistema di rilascio del catetere, una valvola bioprotetica può essere impiantata nella valvola biologica, prevenendo il verificarsi di blocchi. Tuttavia, come qualsiasi procedura chirurgica, la TAVR è soggetta a potenziali complicazioni e disturbi innescati dalle interazioni tra la protesi e l’anatomia del paziente possono causare perdite.
Le perdite paravalvulari (PL) possono essere gravi e causare blocchi del ramo sinistro o ostruzione atrioventricolare, lasciando il paziente che necessita di un pacemaker permanente per vivere. Tuttavia, i PL non sono necessariamente causati da errori chirurgici e anche l’anatomia del paziente e le dimensioni della valvola protesica possono contribuire alle complicanze post-TAVR. Di conseguenza, la creazione di impianti su misura per i singoli pazienti è fondamentale per il successo chirurgico.
La radice aortica dei ricercatori (nella foto) presentava un array di sensori integrato, in grado di raccogliere dati sull’anatomia di un paziente dall’interno. Immagine tramite la rivista Science Advances.
La radice aortica dei ricercatori (nella foto) presentava un array di sensori integrato, in grado di raccogliere dati sull’anatomia di un paziente dall’interno. Immagine tramite la rivista Science Advances.
I modelli di valvola aortica stampati in 3D del team UMN
Sebbene la stampa 3D offra la possibilità di creare modelli cardiaci in un modo che corrisponda esattamente all’originale biologico, i dispositivi aortici stampati in precedenza sono stati progettati per l’uso post-operatorio. Di conseguenza, le repliche esistenti della radice del cuore non hanno avuto alcun impatto sulle possibilità di sopravvivenza del paziente in esame. Altri duplicati sono stati stampati per applicazioni preoperatorie, ma comprendono materiali termoplastici simili alla gomma che non tentano di imitare l’aspetto dell’articolo originale.
Al contrario, i ricercatori dell’UMN hanno sviluppato modelli realistici specifici per il paziente, dotati di sensori integrati, che potrebbero consentire ai medici di mitigare i rischi di disturbi durante la TAVR. I dispositivi fabbricati sono stati inoltre creati utilizzando tre diversi materiali, uno per ciascuna delle regioni dell’aorta, del miocardio e della calcificazione.
Per creare un modello 3D come base per la replica degli impianti aortici, il team di ricerca ha eseguito scansioni TC dell’anatomia cardiaca di un paziente sottoposto a test. I modelli aortici, costituiti dalla parete aortica, una porzione del miocardio, foglietti e calcificazioni, sono stati stampati in 3D contemporaneamente utilizzando inchiostri polimerici a base di silicone personalizzati. Fondamentalmente, le proprietà del materiale polimerico potrebbero essere adattate per abbinare quelle del paziente, riducendo al minimo ogni potenziale rischio di complicanze.
Le scansioni TC della replica aortica del team UMN hanno rilevato che era costantemente accurata entro 0,3 mm dalla scansione originale del paziente. Immagine tramite la rivista Science Advances.
Le scansioni TC del modello aortico del team UMN hanno rilevato che era costantemente accurato entro 0,3 mm dall’originale biologico del paziente. Immagine tramite la rivista Science Advances.
Per valutare l’accuratezza anatomica dei loro modelli stampati in 3D, i ricercatori hanno scansionato le loro repliche e le hanno confrontate con le scansioni dell’anatomia del paziente originale. I risultati hanno mostrato che la replica stampata in 3D del team era accurata entro 0,3 mm attraverso l’impianto, con picchi di 0 mm. Per valutare le capacità di rilevamento della pressione del loro dispositivo, il team UMN ha successivamente impiantato una valvola da 29 mm nel paziente di prova con tre diverse altezze.
La mappatura della distribuzione della pressione in ciascun caso ha rivelato valori di pressione di 234, 486 e 404 kPa durante l’intervento chirurgico. Secondo una ricerca separata effettuata utilizzando impianti Medtronic, pressioni di contatto comprese tra 0,43 e 0,7 MPa possono causare disturbi chirurgici, posizionando i modelli del team all’estremità inferiore dello spettro. Di conseguenza, i ricercatori hanno identificato con successo un nesso causale tra le caratteristiche dei pazienti e il rischio di complicanze.
Il team di ricerca UMN ha concluso che l’array di sensori integrato nei loro impianti additivi ha il potenziale per essere combinato con molte pratiche cliniche esistenti. Inoltre, la natura personalizzabile dei dispositivi del team potrebbe consentire ai medici di ridurre al minimo il rischio per i pazienti cardiovascolari attraverso un processo di pre-pianificazione chirurgica più approfondito.
