ジョージア工科大学の革新的な3Dプリント気管ステントが、稀な気管欠損症の子供たちに生きる希望をもたらす

2024年9月27日、アンタークティックベアは、ジョージア工科大学の研究者が、まれな気管欠損症を持つ子供たちの運命を書き換える可能性のある3Dプリント気管ステントを開発したことを知りました。

4歳のジャスティス・アルティドール君は気管軟化症（TM）を患っています。気管軟化症は、気道の軟骨が弱くなり、気道の壁が潰れて呼吸が妨げられる病気です。約2,100人の子供のうち1人が罹患するこの病気は、呼吸のような単純な動作を絶え間ない苦労に変え、生命を脅かす可能性がある。この病気の従来の治療法は効果がないことが多く、多くの子どもたちが長期間人工呼吸器に頼らざるを得ず、日常生活に大きな支障をきたし、家族との通常の活動を行う能力が制限されます。

△ 3Dプリント気管ステント

より効果的な解決策を求めて、ジョージア工科大学の専門家チームが生体吸収性気管ステントを開発しました。この革新的な装置は、生分解性材料で作られており、各患者の気管の独自の解剖学的構造に適応するように 3D 印刷技術を使用してカスタム設計されています。気管に合わせて調整された「絆創膏」に似ています。気管を伸ばし、子供の気管軟骨が徐々に正常に発達できるようにします。気管軟骨が強化されるにつれてステントは徐々に溶解し、外科手術による除去の必要がなくなります。

△ 3Dプリント気管ステント

アトランタ小児医療センターの小児心臓専門医ケビン・マーハー医師と、エモリー大学医学部の小児耳鼻咽喉科医スティーブン・ガウディ医師が、ジャスティス・アルティドール君と特注の気管ステントを受け取った他の3人の子供たちの治療を担当している。これは、食品医薬品局（FDA）によって承認された拡大アクセス試験の一部です。「4人の子ども全員の呼吸能力が著しく改善した。これは気管軟化症の治療における新時代を告げる前例のない結果だ」とジョージア工科大学の研究者らは述べた。

△ スコット・ホリスターと3Dプリント気管ステント

3D プリント技術が気管リハビリテーションに使用されるのは今回が初めてではありません。実際、この画期的な成果は長年の研究開発の成果でした。 2012年には早くも、ミシガン大学のスコット・ホリスターとグレン・グリーンが、初の3Dプリントによる生分解性気管ステントを開発し、気道虚脱を引き起こす重度の気管気管支軟化症のため正常に呼吸できなかった生後3か月の赤ちゃん、カイバ・ジョンフリードにステントを埋め込むことに成功した。この画期的な医学の進歩は世界中で話題を呼び、同様の生命を脅かす病状に直面している他の家族に希望をもたらしました。

△ 3D MedFabチーム

ジョージア工科大学に入学した後も、ホリスターは画期的な研究を続けました。現在、彼は組織工学および力学研究所 (Hollister Lab) と 3D 医療製造センター (3DMedFab) を率いており、高度な 3D 印刷技術を使用して患者固有の医療機器の開発に取り組んでいます。 2017年、ホリスターは気管のないラミア・マーティンという赤ちゃんを治療するために気道ステントを再設計した。気管がない状態で生まれ、ほぼ致命的な状態だったラミア・マーティンさんは、3Dプリントされた気管置換手術を受けた最初の患者となった。ペンシルベニア州立大学小児保健センターの医療チームとジョージア工科大学の革新的な技術の協力のおかげで、ラミア・マーティンさんは生きるチャンスを得ました。

ラミア・マーティン

Hollister Lab は、画像ベースの患者固有のモデリングを使用して、これらの救命装置を設計しています。彼らは、CT スキャンや MRI などの画像データを使用して、各患者の固有の解剖学的構造の正確なデジタルモデルを作成します。カスタムデザインが完成すると、3DMedFab は最先端の 3D 印刷機器を使用してそれを実現します。ホリスターラボの主要機器の 1 つは、EOS P110 レーザー焼結システムです。このシステムは、ポリカプロラクトン (PCL) 粉末を使用して、人間の臨床用途に適した複雑な生分解性ステントや医療機器を製造します。この機械は、緊急医療現場で人命を救う装置を作成するために必要な、高精度と高速生産速度を提供します。 3DMedFab は、耳、鼻、喉用のステントなど、その他の医療関連ステントも製造できます。 EOS マシンに加えて、ラボでは、EnvisionTEC の 3D-Bioplotter (Desktop Health の一部) や Cellink の Inkredible+ Bioprinter などの特殊なバイオプリンターを使用して、分解性ポリマーや形状記憶エラストマーを印刷しています。これらの材料は、気管をサポートするだけでなく、体内で安全に分解されるステントを作成する上で非常に重要です。

△ 外科医は、生命を脅かす呼吸障害を持つ生後7ヶ月の赤ちゃんを助けるために3Dプリント気管ステントを使用する

研究室の設備には、患者の解剖学的構造のスキャンから高品質の手術モデルを作成し、医師が複雑な手術の準備をするのに役立つ Stratasys J750 などの他の高度なプリンターも含まれています。 Stratasys F170 は、実験ツールや治具の作成によく使用されます。高解像度と特殊な材料を必要とするプロジェクトでは、Cellink の Lumen X Bioprinter や Formlabs の Form 2 などのステレオリソグラフィープリンターを使用します。

ホリスターのリーダーシップの下、ジョージア工科大学は研究、設計、製造を統合することで人命を救う革新的な医療機器の開発の最前線に立ってきました。 Hollister Lab と 3DMedFab の共同作業により、気管気管支軟化症の治療のために 25 台以上のデバイスが患者に埋め込まれ、深刻な気道疾患を患う子供たちに新たな希望をもたらしました。各ステントは各小児の気道の独自の構造に合わせて調整されるため、この個別化アプローチは、これらの若い患者の命を救い、生活の質を大幅に向上させる上で重要な役割を果たします。ジャスティス・アルティドールやラミア・マーティンのような子どもたちにとって、それは普通の生活を送るチャンス、つまり恐れることなく自由に走り、遊び、呼吸するチャンスを意味します。

今後、研究チームはこの命を救う技術の利用を拡大したいと考えています。さらなる臨床試験と FDA の承認により、3D プリントされた気管ステントが TM やその他の重篤な気道疾患を患う小児の標準的な治療選択肢となることが期待されます。

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