Veterans Affairs Researchers Opracowuje 3D sztuczne sztuczne płuca, aby pomóc w leczeniu POChP

Przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) jest jedną z najczęstszych i najdroższych chorób dotykających obecnie weteranów USA, z 16% cierpiących na weteranów - niektóre z najczęstszych czynników prowadzących do problemów z płucami w służbie wojskowej obejmują narażenie na spalanie pestek, chemikaliów, spalin z silników Diesla i piasku. Według Biura Badań i Rozwoju VA większość osób z POChP ma rozedmę płuc (powiększone i uszkodzone worki płucne płuc) i przewlekłe zapalenie oskrzeli, a około 20% pacjentów z ciężkimi urazami mózgu również cierpi z powodu ostrych urazów płuc.

Inżynier biomedyczny Dr Joseph Potkay prowadzi badania finansowane przez VA i koncentrujące się na pacjentach, którzy mają nagromadzony CO2 we krwi, co często dotyczy weteranów ze schyłkową POChP; może to prowadzić do nagłej śmierci sercowej, więc należy usunąć nadmiar CO2 z płuc, aby nie doszło do tego punktu.

Dr. Potkay od dawna bada korzyści płynące z zastosowania mikroprzetwarzania do budowy sztucznych płuc z wydajną wymianą gazów i ścieżkami krwi podobnymi do tych w ludzkich płucach. W 2011 roku wprowadził prototyp sztucznego sztucznego płuca 2D, wykonany przy użyciu tradycyjnych metod mikromodyfikacji przy pomocy Case Western Reserve University i Advanced Platform Technology Center w Louis Stokes Cleveland VA Medical Center. Unikatowy prototyp był wystarczająco wydajny, aby wykorzystać powietrze, zamiast czystego tlenu, jako gaz wentylacyjny, co otwiera nowe możliwości potencjalnej implantacji. Dr Potkay mówi, że obecnie wydrukowana wersja 3D "zapewni te same podstawowe korzyści."

Dr. Potkay powiedział: "Ale dzięki swobodzie wynikającej z możliwości zaprojektowania urządzenia w trzech wymiarach zamiast dwóch, drukowanie 3D powinno zaowocować sztucznymi płucami o mniejszym ogólnym śladzie i zwiększonej wydajności. W związku z tym przenośność i wydajność ulegną potencjalnej poprawie dzięki drukowaniu 3D. "

Dr. Potkay i jego zespół pracują z drukarnią druku 3D o wysokiej rozdzielczości Old World Labs, aby stworzyć prototyp sztucznego sztucznego płuca wydrukowanego w 3D, który będzie miał około pół cala sześcianu, mając nadzieję, że będzie pasował do plecaka i będzie używany do tydzień; jednak po dalszym rozwoju, nadzieja polega na tym, aby płuco działało przez dłuższy czas.

Pacjenci z chorobą płuc już od dawna stosowali płuco-serce, które zawiera sztuczne płuca do rehabilitacji, ale urządzenia są nieporęczne i według dr.Potkay, "nie do końca przenośny." Dodatkowo, muszą również utrzymywać odpowiednie ciśnienie krwi, minimalizować krzepnięcie i odpowiedź immunologiczną oraz zmniejszać liczbę uszkodzonych komórek krwi.

Celem badań VA jest stworzenie pierwszego prawdziwie nadającego się do noszenia sztuczne płuco, które jest kompatybilne z żywą tkanką i może zapewnić zarówno krótko- jak i długoterminowe wspomaganie oddychania, a mikroprzepływowe sztuczne płuca również zużywają znacznie mniej krwi niż obecne komercyjne urządzenia. Według dr. Potkaya, po raz pierwszy zastosowano druk 3D o wysokiej rozdzielczości do wytwarzania mikroprzepływowych płuc z sieciami przepływu krwi 3D.

"Przy projektowaniu 2D układa się wiele pojedynczych warstw 2D razem. To ograniczyło łatwość tworzenia urządzeń, które są wystarczająco duże do użytku przez ludzi. Masz mniej swobody w projektowaniu kanałów krwi "- wyjaśnia dr Potkay. "Drukowanie 3D tych urządzeń może być rozwiązaniem tych problemów. Możemy być znacznie bardziej precyzyjni i skuteczni, jeśli chodzi o to, w jaki sposób ścieżka przepływu krwi jest ułożona w trzech wymiarach.

"Mamy nadzieję, że te mikroprzepływowe ścieżki przepływu i biokompatybilne powłoki będą bardziej kompatybilne z żywą tkanką, zmniejszając w ten sposób odpowiedź immunologiczna organizmu i wydłużenie czasu życia urządzenia. Elastyczność w projektowaniu dzięki drukowaniu 3D daje nam większą swobodę, a tym samym łatwość budowania sztucznych płuc z niewielkimi rozmiarami i spadkami ciśnienia, które są kompatybilne z naturalnymi naciskami ciała. "CD3D .

Dr. Potkay nie jest pewien, jak daleko jesteśmy od wszczepiania wydrukowanych w 3D płuc i wyjaśnił, że urządzenie było obecnie testowane tylko na królikach, a testy na owce są planowane na przyszłość.

"Zobaczymy, jak Cóż, robi to pod względem długości życia. Aby być wszczepialnym, musi być w stanie działać przez wiele miesięcy bez konieczności wymiany ", wyjaśnił dr Potkay.

" Mimo że sztuczne płuca 3D są bardziej obiecujące, jest ono w fazie rozwoju i wciąż nie jest gwarantowane pracować. Pracujemy nad dalszym rozwojem urządzenia 2D i mamy plany, aby poradzić sobie z wyzwaniami związanymi z tym urządzeniem. "

Testy z tradycyjnymi technikami mikroprzetwarzania i krwią zwierząt wykazały, że sztuczne sztuczne płuca 2D miały "jak dotąd najwyższą efektywność wymiany gazu ze sztucznymi płucami", a dr Potkay wierzy, że będzie to przekładać się na wersję drukowaną 3D; dodatkowo spodziewany czas życia płuc 2D "znaczącoulepszone "dzięki biokompatybilnym powłokom powierzchniowym.

Dr. Potkay powiedział: "Sądzimy, że urządzenie z wydrukowanym 3D powinno być lepsze niż wersja 2D, ale nie mamy jeszcze dowodów."

Wydrukowane w 3D płuco może być również stosowane jako tymczasowe rozwiązanie dla ludzi z innymi chorobami płuc, takimi jak zespół ostrej niewydolności oddechowej.