Когда хирурги заменяют часть кровеносного сосуда - что они делают для 450 000 пациентов в год в Соединенных Штатах для лечения тромбов, ишемической болезни, повреждения инсульта и т. д. - трансплантированный сосуд контролируется КТ, УЗИ и другими дорогостоящими методами визуализации. Несмотря на все эти усилия, от 40% до 50% этих трансплантаций терпят неудачу.

На фото: Имплантируемый искусственный кровеносный сосуд выполнен с 3D-печатью из гибкого композита и способен осуществлять мониторинг в режиме реального времени. Предоставлено XUDONG WANG

Это одна из причин, по которой инженеры Университета Висконсин-Мэдисон разрабатывают новый искусственный кровеносный сосуд с использованием 3D-печати, который позволяет врачам и пациентам удаленно следить за своим здоровьем.

Имплантируемый сосуд, изготовленный из гибкого композита и способный осуществлять мониторинг в режиме реального времени, описан в новом исследовании, опубликованном в журнале Advanced Functional Materials профессором UW-Madison Сюдоном Вангом и аспирантом Jun Li.

Сюдун Ван

Джун Ли

 «Этот искусственный сосуд может генерировать электрические импульсы, основанные на колебаниях давления, которые позволят точно определить кровяное давление в сосуде без использования какого-либо дополнительного источника питания», - говорит Ван. «А благодаря трехмерной геометрии профиль электрического импульса сможет определить наличие нерегулярного движения из-за блокировки внутри на самых ранних стадиях».

Проект артерии проистекает из многолетнего исследовательского интереса Вана к новым мягким, гибким материалам, которые являются пьезоэлектрическими (способными генерировать электрический заряд от механического напряжения) и биосовместимыми (могут использоваться в организме человека, не вызывая отторжения или повреждения).

Команда объединила пьезокерамические наночастицы ниобита натрия-калия с поливинилиденфторидным полимером, который является сегнетоэлектриком или способен изменять полярность при приложении электрического поля. Затем они напечатали трубчатую артерию, используя материал и готовый 3D-принтер. Принтер выдавливает материал через сильное электрическое поле рядом с соплом, чтобы поляризовать керамические частицы, придавая структуре ее пьезоэлектрические свойства.

Ли проверил искусственную артерию, подключив ее к системе искусственного сердца, прежде чем симулировать закупорку, высокое кровяное давление и другие проблемы, с которыми сталкиваются искусственные кровеносные сосуды. Материал с автономным питанием был способен правильно определять изменения силы и давления в артерии.

Следующим шагом исследователей является оптимизация производства нового сегнетоэлектрического композита и процесса 3D-печати. Команда также хочет найти способы сделать печатную трехмерную структуру еще более чувствительной, и планирует сотрудничать с исследователями в области биомедицины, чтобы проверить артерию с еще более реалистичными моделями кровеносной системы.

Кроме того, они надеются использовать новый материал для печати искусственных клапанов сердца. Сменные сердечные клапаны, как правило, либо механические, либо взятые у доноров людей или животных, не включает тип самоконтроля, обнаруженный в материалах Вана. Команда, в которую входят сотрудники Школы медицины и общественного здравоохранения UW-Madison и Университета Чжэцзян в Китае, считает, что в будущем можно будет использовать сегнетоэлектрический биоматериал и 3D-принтер для создания других нестандартных искусственных органов.

 «Это простая, масштабируемая технология», - говорит он. «Наш новый печатный композитный материал позволяет нам за один шаг создать трехмерную структуру, которая может демонстрировать многофункциональность прямо с производства».

ЭТА РАБОТА БЫЛА ПОДДЕРЖАНА ГРАНТАМИ НАЦИОНАЛЬНОГО ИНСТИТУТА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ (R01EB021336).

Автор  Джейсон Дейли

Источник