脳腫瘍の薬物送達システム用の金属 3D プリント部品

びまん性内在性橋グリオーマは、通常 10 歳未満の子供に発生します。これは死亡率が非常に高い脳腫瘍であり、医学界ではこの種の病気の治療法をまだ模索しています。ロイヤルブリストル小児病院の神経外科医たちは、脳への薬物送達手術を通じて腫瘍組織に薬物を送達することでこの病気を治療しようとしている。

手術事前計画ソフトウェア、手術ロボット、薬物送達システムは、治療プロセス中に医師に完全な技術サポートを提供します。治療は、脳に刺入される前に経皮ポートに接続されたカテーテルを通じて腫瘍組織に直接送達される。

経皮ポートは、金属 3D プリントと機械加工を組み合わせて製造されました。薬物送達システムにおける「目立たない」小さな部品としての金属製経皮ポートの秘密は何でしょうか? 脳腫瘍の治療に薬物送達システムとどのように連携するのでしょうか? 今号では、3D Science Valleyが皆さんと一緒に見ていきます。

人間の脳の自然なバリア

この問題を理解する前に、まず血液脳関門（BBB）という医学的概念を理解しましょう。

「血液脳関門」とは何ですか? 100年前、生物学者は、動物の血管に青い染料を注入すると、脳と脊髄を除く体のすべての部分が青くなることを発見しました。この現象を説明するために、科学者たちは、血液から脳に物質が入るのを防ぐ血液脳関門が存在するはずだと考えています。科学の継続的な進歩により、血液脳関門の構造と機能についての理解が深まりました。一般的に、血液脳関門には 3 つの重要な機能があります。

1. 血液中の異物による脳の損傷を防ぐ
2. 体の他の部分からのホルモンや神経伝達物質の影響から脳を保護する
3. バランスの取れた脳環境を維持する

つまり、人間の脳の血液脳関門機能により、化学療法による脳腫瘍の治療の難易度が高まったのです。従来の化学療法は血液循環を利用して薬剤を腫瘍組織に送達し、がん細胞を死滅させますが、血液脳関門の機能により薬剤が脳組織に侵入するのを防ぎます。

脳腫瘍などの病気を治療するために血液脳関門を迂回するにはどうすればよいでしょうか?ロイヤルブリストル小児病院の神経外科医が新たな治療法を試した。

障壁を迂回する

ロイヤルブリストル小児病院の脳神経外科医による新しいアプローチは、血液脳関門を迂回して化学療法薬を脳腫瘍組織に直接送達することで、血流中の血液脳関門によって薬がブロックされるのを回避する。 2013年に研究チームは同じ方法を用いてパーキンソン病の治療のための第2相臨床試験を実施した。

脳内の特定の場所に薬剤を送達するには、計画された高度なソフトウェアと機器が必要です。レニショーは外科医に以下を含む包括的なソリューションを提供します:

手術事前計画ソフトウェアである Neuroinspire™ は、脳神経外科医が手術を計画するのに役立ちます。
脳神経外科ロボット（ニューロメイト定位ロボット）は、穿刺針、電極、その他の器具を所定のターゲットに正確に送り、医師が手術を完了するのを支援することを目的としたロボットです。

これらの技術により、マイクロカテーテルや電極などのインプラントを、事前に計画された角度で脳内の指定された場所に挿入できるようになります。ブリストル王立小児病院で研究されている新たな治療法では、脳に挿入された複数のカテーテルを介して腫瘍組織に薬剤が送達される。使用される薬剤投与装置は対流強化注入装置（CED）であり、高濃度の薬剤をより均一に、より広い範囲に送達し、必要な脳組織内に薬剤を保持して副作用を軽減するように設計されています。経皮ポートの外側に取り付けられたこの装置を通じて、薬剤が患者の脳に送達されます。これらのデバイスを介して薬剤を断続的に投与することで、薬剤の送達速度を制御することができます。

上の図は薬物送達システムを示しています。左の写真では、患者の耳の後ろにある金属製の穴は、金属製の 3D プリント経皮ポートです。右側の画像では、患者の耳の後ろに 4 本のカテーテルと、経皮ポートの外側に取り付けられた金属製の 3D プリント薬剤投与装置があります。これらのチューブと金属部品を通して、薬剤は制御された速度で断続的に脳に送達されます。

4 本の外部カテーテルが頭蓋骨に埋め込まれた経皮ポートに集められ、経皮ポート内の小さく複雑なチャネルを通じて脳に穿刺されたカテーテルに接続されます。治療薬は、外部カテーテル、経皮切開、内部カテーテルを通じて腫瘍組織に入ります。

金属製の経皮ポートに含まれる小さくて複雑な内部チャネルと、人間の頭蓋骨に似た質感の特徴により、3D プリントが理想的な製造方法であることが証明されました。経皮ポートには非常に高い精度が求められるため、3Dプリント後に微細な加工が必要となります。

金属製の 3D プリント経皮ポートは、脳腫瘍の治療プロセス全体の中では目立たない小さな部品ですが、薬剤を脳に送り込む唯一の方法です。片側は外部の薬剤送達装置に接続され、もう片側は内部のカテーテルに接続されます。そのため、生体適合性が良好であるだけでなく、薬剤が内部カテーテル内にスムーズかつスムーズに送達されることも保証する必要があります。同じ薬物送達装置は、脳腫瘍の治療だけでなく、他の神経外科的疾患の治療にも使用できる可能性がある。

出典: 3Dサイエンスバレー

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