Технология трёхмерной печати помогла выжить трём новорождённым – имплантаты, напечатанные на 3D-принтере, поддерживали детские бронхи в рабочем состоянии до тех пор, пока они не начали работать сами.

Многие наверняка помнят рассказ Михаила Булгакова «Стальное горло»: в нём деревенский врач рассекает горло девочке с тяжёлой формой дифтерии и вставляет в трахею металлическую трубку. Болезнь вызвала сильное сужение верхнего отдела гортани, и нужно было сделать так, чтобы девочка не задохнулась. Такая процедура называется трахеостомия, и она носит временный характер – в том смысле, что никто потом не ходит всю жизнь с дырой в шее и железной трубкой в ней, однако после того, как врач это сделал, среди местных жителей пошёл слух, что девочка обзавелась стальным горлом.

Томографический снимок, сделанный для создания трёхмерной модели бронхов, по которой можно было бы напечатать поддерживающий имплантат. (Фото Morrison et al. / Science Translational Medicine.)

А вот в случае хирургов и биоинженеров из Мичиганского университета такой слух отчасти соответствовал бы истине – с той разницей, тут уже речь идёт не о горле, а о бронхах, для которых врачи сделали искусственные хрящи из полимерного биосовместимого материала.

Дети, которым вживили имплантат, страдали от довольно редкого заболевания под названием трахеобронхомаляция, когда размягчаются хрящи трахеи и/или бронхов. Она случается примерно у одного ребёнка из 2 000, и никакой терапии против неё до сих пор не придумали. Поскольку хрящи не поддерживают дыхательные пути, они могут схлопнуться от чего угодно – например, от того, что ребёнок резко пошевелился или его начали пеленать. Детям приходится давать ещё успокаивающие препараты, чтобы они не были слишком активны, а чтобы как-то избежать смерти от удушья, им приходится делать ещё и искусственную вентиляцию лёгких – ребёнка снабжают дыхательными трубками, входящими в хирургический надрез на шее, чтобы через них в любой момент можно было включить подачу воздуха. Из-за всего этого возникают ещё и дополнительные осложнения при приёме пищи. В результате диагноз здесь практически равносилен смертному приговору: почти никто из детей с трахеобронхомаляцией не живёт больше года или полутора.

Трёхмерная модель имплантата на бронхе. (Фото Morrison et al. / Science Translational Medicine.)

Решением проблемы могла бы стать конструкция, поддерживающая стенки дыхательных путей, что-то вроде искусственного хряща или шины. Именно такие приспособления и были сделаны: трём больным детям на поражённые места бронхов поставили поликапролактоновые «хрящи». Но толщина, диаметр, рельеф и прочие параметры стенок дыхательных путей у всех людей разные, кроме того, можно ли их вообще воспроизвести во всех тонкостях? И здесь на помощь пришёл 3D-принтер.

Сейчас 3D-печать переживает настоящий бум, энтузиасты говорят, что с её помощью в перспективе можно будет быстро и дёшево делать всё, что угодно. Метод «пошёл в народ», некоторые умельцы даже успели наладить печать огнестрельного оружия прямо у себя дома. (Прецедент был создан в США три года назад и настолько напугал власти, что в Филадельфии даже появился закон, запрещающий изготовление оружия таким способом.)

3D-принтеры могут работать с самыми разными материалами: с пластмассами, с металлом, со стеклом и даже с живыми клетками. Например, через такую печать можно провести эмбриональные стволовые клетки человека, причём 89% клеток остаются в живых спустя трое суток после процедуры, не утрачивая своих «стволовых» способностей. Не так давно группе исследователей из Кембриджа удалось сделать нечто подобное сразу с двумя типами клеток глазной сетчатки: ганглионарные и глиальные клетки, составляющие один из её слоёв, прошли через биопринтер и остались в живых.

Но искусственный хрящ создавали не из биологического материала, не из клеток и белков, а, как мы уже сказали, из поликапролактона. Трёхмерная печать позволяет воссоздать малейшие особенности модели, а саму модель можно сконструировать с помощью томографического сканирования. Первую операцию сделали ещё в 2012 году 3-месячному Кайбе Джонфриддо, следующими стали 5-месячный Иэн Орбич и Гарретт Петерсон 16 месяцев от роду. Роберт Моррисон (Robert Morrison) и его коллеги подробно описывают свои результаты в Science Translational Medicine: понаблюдав за детьми, врачи убедились, что приспособления прекрасно работают, проблем с дыханием у детей не было, а сами искусственные хрящи были сделаны так, чтобы не мешать быстрому росту бронхов. Имплантаты могли менять форму вместе с живыми тканями и даже растягиваться по мере надобности, потому их даже назвали не 3D-, а 4D-имплантатами.
Трахеобронхомаляция опасна именно для новорождённых – в возрасте 2-3 лет дыхательные пути становятся достаточно широкими и толстыми, чтобы самим противостоять болезни. Проблема в том, что почти никто не доживает до такого возраста: бронхи маленьких детей слишком тонкие и легко слипаются в отсутствие дополнительной поддержки. Искусственные трубки из пористого поликапролактона как раз и нужны для того, чтобы некоторое время поддерживать бронхи в рабочем состоянии и одновременно не мешать им расти. Сам имплантат впоследствии рассасывается без следа – как, например, у Кайбе Джонфриддо, который как раз достиг возраста, когда его бронхам уже не нужна никакая посторонняя помощь.

Про 3D-печать давно говорят, что она может найти самое широкое применение медицине, что с её помощью можно создавать и протезы, и имплантаты разной степени сложности, и целые органы. История про трёх детей с трахеобронхомаляцией пока что первый пример того, как 3D-принтер в буквальном смысле спас человеческую жизнь, и хотелось бы надеяться, что в дальнейшем наибольшее внимание будет уделено не военно-оружейным, а именно медицинским возможностям этой замечательной технологии.
Автор: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru