3Dプリント心臓弁が患者固有の治療への関心を喚起

出典: 広西付加製造協会

著者らと共同研究者らは最近、3D プリントによる人工心臓弁の作成に関する研究について報告しており、その研究結果は最近発表された「シリコン付加製造による生体模倣心臓弁プロテーゼ」の「ポリマー心臓弁の未来」という記事で取り上げられています。

著者らは心臓弁と置換弁の進行中の開発について論じる一方で、1960年代に始まった医療トレンドに遡る、シリコンベースのポリマー心臓弁を作成するスタダート氏と共同研究者の研究を強調している。医学研究者たちは、3D プリントの従来の利点のいくつかを活用し、明らかにより現代的なアプローチを使用して、患者固有の巻き取り可能なポリマーステントのプロトタイプを作成しました。

現在、人工弁として使用される心臓弁のほとんどは機械弁または「人工弁」であり、これが好まれるタイプ（米国における大動脈弁置換の 80% ～ 90% を占める）であり、通常は異種移植組織弁で構成されています。

(A) 在来の小葉の生物学的設計。小葉上の繊維の配列を示しています。 Sauren.35 からの再描画 (B および C) 収縮期におけるエラスチン繊維とコラーゲン凝集体の弛緩 (B) と拡張期におけるエラスチン繊維とコラーゲン繊維束の伸張 (C)。 Schoenand Levy から再描画。36 (DF) 合成心臓弁 (D)。(E) 生物にヒントを得た弁尖構造と (F) 患者固有の大動脈根部形状を特徴としています。ラベル: (1)コラーゲン繊維、(2)エラスチン繊維、(3)大動脈根、(4)硬質シリコン繊維、(5)軟質シリコン弁。（画像は「シリコン添加物で製造されたバイオインスパイアード心臓弁プロテーゼ」より）
「現在、大動脈弁を開胸手術ではなく大腿動脈からカテーテルベースの圧着弁で置換する経カテーテル大動脈弁置換術（TAVR）の進歩により、一部の国では大動脈弁の90％以上をバイオプロテーゼが占めており、TAVRの新たなデータと手術の利用可能性の向上により、この割合は増加する可能性が高いと研究者らは述べている。

歴史的に、初期の弁はシリコン、ポリウレタン、その他のポリマーなどさまざまな材料で作られていましたが、石灰化や血栓症につながる可能性のある構造上の問題に遭遇しました。人工心臓弁の開発は近年進歩しているが、「耐久性があり、血栓になりにくい弁」の開発は依然として大きな課題であり、科学者らはカテーテルを使ったアプローチが最もうまく達成できると述べている。ポリマー合成が進歩し続け、圧着可能なバルブの実現が現実的になるにつれ、ポリマーは、単体でも足場としても、バルブ製造においてますます興味深いものになりつつあります。

このプロトタイプは、患者固有の治療を可能にするという利点も備えた「印象的な」弁プロトタイプです。これは確かに単なるトレンドではなく、以前の多くの問題を排除します。 3D スキャンから直接モデルを作成したり、他の場合には患者の幹細胞を搭載したインプラントを作成したりできるため、合併症が大幅に減少し、全体的な結果が向上します。

「in vitro」評価は有望ではあるものの、特にポリマーバルブの限界は以前に広範囲に研究されているため、さらなるテストが必要です。

「他のグループは、ポリマー弁が生体外弁試験の最低基準を満たしていると報告している。シリコンや新しいポリマーが最良の弁材料となるかどうかはまだ分からない。補完的な研究として、組織工学弁は動物への移植に成功しているが、耐久性に関する重大な疑問が残っている」と研究者らは結論付けた。「組織工学による弁を補完できるのがポリマー弁ステント支柱なのか、弁尖なのかはまだ分からない。」

「ポリマーおよび組織工学による心臓弁の分野は有望な分野です。現在の生体弁および機械弁の既知の限界により、これらの代替手段の広範な研究が促されましたが、その背後にある優れた科学は、ベンチトップおよび動物実験のレベルにとどまっています。」

バイオインスパイアされた合成弁の製造ワークフロー。(A) 大動脈根部を CT で画像化し、デジタルメッシュに変換しました。 (B) 2 つのマンドレルが作成されます。1 つは弁の内面を表し、もう 1 つは測定された大動脈根を表します。 (C) 弁は患者の大動脈根部の解剖学的構造内に物理的に配置され、弁尖は根部の形状に合わせて構成されます。 (D) 弁心棒に柔らかいシリコンインクを吹き付けて、実際の弁葉を作成します。 (E) 強化繊維と直接インク書き込みによる印刷されたリーフレットの三角形。 (F) 大動脈の形状に一致する一時的なキャップを印刷された弁の上に配置し、キャップを取り外す前にステントのような構造を印刷します。
3D プリントされたインプラントや医療モデル、プロトタイプは、特定の治療の選択肢が増え、診断が改善され、モデルを手術計画ツールとして使用できるなど、患者の視点から見ると、さまざまなレベルで医療分野に多大な価値をもたらします。

カスタムシリコン心臓弁製造のためのマルチマテリアル積層製造プロセス (A) CT/MRI データからレシピエントの大動脈根部の解剖学的構造を再構築した後、2 つのマンドレルサポートを設計し、ステレオリソグラフィーによって 3D プリントしました。 (B) 弁状のマンドレルをハイブリッド積層製造装置に取り付け、柔らかいシリコンの薄い層を噴霧して弁葉を製造します。 (C) 剛性補強パターンは CAD (コンピュータ支援設計) を使用して設計され、カスタム構築された非平面 3D プリンタを使用してスプレーコーティングされたリーフレットに印刷されました。 (D および E) 患者固有の形状を実現するために、カスタマイズされた小葉間三角形が印刷されました (D)。重合印刷部品 (Ei) は、ルートマンドレル II (Eii) のネガティブモールドに結合され、犠牲キャップ (ライトピンク) のオーバーモールドを可能にします。シリコン付加製造法を用いた生体模倣心臓弁修復

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