O implante biorresorbável impresso em 3D pode ajudar os pacientes a regenerar suas próprias válvulas cardíacas

Todos os anos, mais de 5 milhões de pessoas nos EUA são diagnosticados com doença da válvula cardíaca, mas essa condição não possui tratamento eficaz a longo prazo. Quando a válvula cardíaca de uma pessoa é severamente danificada por um defeito de nascimento, estilo de vida ou envelhecimento, o fluxo sanguíneo é interrompido. Se não for tratado, pode haver complicações fatais.

A substituição e reparo da válvula são os únicos métodos de gerenciamento de doenças cardíacas valvulares graves, mas ambas geralmente exigem cirurgias repetidas que são caras, perturbadoras e com risco de vida. A maioria das válvulas de reposição é feita de tecido animal e dura até 10 ou 15 anos antes de serem substituídas. Para pacientes pediátricos, as soluções são extremamente limitadas e podem exigir várias reinterventões.

Agora, os pesquisadores da Georgia Tech criaram uma válvula cardíaca impressa em 3D feita de materiais biorresorbáveis ​​e projetados para se adequar à anatomia única de um paciente individual. Uma vez implantado, as válvulas serão absorvidas pelo corpo e substituídas por novos tecidos que desempenharão a função que o dispositivo atendeu.

A invenção sai dos laboratórios dos professores Lakshmi Prasad Dasi e Scott Hollister no Departamento de Engenharia Biomédica de Wallace H. Coulter (BME) da Georgia Tech e Emory.

“Essa tecnologia é muito diferente da maioria das válvulas cardíacas existentes, e acreditamos que representa uma mudança de paradigma”, disse Dasi, professora de Rozelle Vanda Wesley na BME. “Estamos nos afastando de usar dispositivos de tecido animal que não duram e não são sustentáveis, e para uma nova era em que uma válvula cardíaca pode se regenerar dentro do paciente”.

O DASI é um pesquisador líder em função e mecânica da válvula cardíaca, enquanto Hollister é um dos principais especialistas em engenharia de tecidos e impressão 3D para dispositivos médicos pediátricos. Eles reuniram suas equipes para criar uma tecnologia de primeira linha.

“Na pediatria, um dos maiores desafios é que as crianças crescem e suas válvulas cardíacas mudam de tamanho ao longo do tempo”, disse Hollister, que é professor e cadeira de Patsy e Alan Dorris em tecnologia pediátrica e presidente associado de pesquisa translacional. “Por causa disso, as crianças devem passar por várias cirurgias para reparar suas válvulas à medida que crescem. Com essa nova tecnologia, o paciente pode potencialmente cultivar novos tecidos válvulas e não precisar se preocupar com várias substituições de válvulas no futuro”.

Crescendo no coração

Embora existam válvulas cardíacas impressas em 3D atualmente e materiais biorresorbáveis ​​já tenham sido usados ​​para implantes antes, esta é a primeira vez que as duas tecnologias são combinadas para criar um dispositivo com um material de memória de forma reabsorvível.

“Desde o início, a visão para o projeto foi se afastar da abordagem de tamanho único que tem sido o status quo para o design e a fabricação da válvula cardíaca, e em direção a um implante específico do paciente que pode superar os dispositivos atuais, “Explicou Sanchita Bhat, cientista de pesquisa do laboratório de Dasi que se envolveu no projeto como doutorado. estudante.

A pesquisa inicial envolveu encontrar o material certo e testar protótipos diferentes. A válvula cardíaca da equipe é impressa em 3D usando um material biocompatível chamado poli (glicerol dodecanedioate).

A válvula possui memória de forma, para que possa ser dobrada e entregue através de um cateter, em vez de uma cirurgia cardíaca aberta. Uma vez implantada e atinge a temperatura corporal, o dispositivo irá recuar em sua forma original. O material então sinalizará para o corpo para criar seu próprio novo tecido para substituir o dispositivo. O dispositivo original absorverá completamente em alguns meses.

Srujana Joshi, Ph.D. do quarto ano. O aluno do laboratório de Dasi desempenhou um papel importante no teste e na análise do design e desempenho da Válvula do Coração.

“Depois de ter uma idéia para um implante, é preciso muito ajuste e otimização para chegar ao design, material e parâmetros de fabricação certos que funcionam”, disse Joshi. “É um processo iterativo, e estamos testando esses aspectos em nossos sistemas para garantir que as válvulas estejam fazendo o que deveriam fazer”.

Atualmente, Bhat e Joshi estão testando a durabilidade física da Válvula Coração com modelos computacionais e estudos de bancada. O laboratório de Dasi tem uma configuração de simulação cardíaca que corresponde às condições fisiológicas de um coração real e pode imitar as condições de pressão e fluxo do coração de um paciente individual. Uma máquina adicional testa a durabilidade mecânica da válvula, colocando -a em milhões de ciclos cardíacos em pouco tempo.

Uma tecnologia de mudança de paradigma

Segundo os pesquisadores, é um enorme desafio criar um material que possa desempenhar a função rigorosa de uma válvula cardíaca, além de incentivar o novo tecido a se desenvolver e assumir. Além disso, novos dispositivos médicos passam por uma longa jornada do banco ao lado da cama, e vários marcos importantes devem ser cumpridos.

Os pesquisadores esperam que sua tecnologia possa revolucionar o tratamento para pacientes com válvulas cardíacas-e que irá introduzir uma nova era de dispositivos mais engenhados por tecidos.

Segundo Dasi e Hollister, os implantes não são desenvolvidos para populações pediátricas com tanta frequência quanto para adultos. Isso se deve ao fato de as doenças infantis serem mais raras, juntamente com o alto custo da fabricação. Os pesquisadores pensam que a combinação de materiais biorresorbáveis ​​com impressão e fabricação 3D pode ser a chave para o desenvolvimento de melhores dispositivos pediátricos.

“A esperança é que comecemos com os pacientes pediátricos que podem se beneficiar dessa tecnologia quando não houver outro tratamento disponível para eles”, disse Dasi. “Então esperamos mostrar, com o tempo, que não há razão para que todas as válvulas não sejam feitas assim”.