Kunstmatige hartklep uit de 3D-printer
- Details
- Hits: 7570
De vervaardiging van kunstmatige hartkleppen heeft de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt en er is een verscheidenheid aan methoden en materialen beschikbaar voor de vervaardiging ervan. Fergal Coulter heeft in een Onderzoeksproject een bio-geïnspireerde kunstmatige hartklep im 3D druk Werkwijze vervaardigd. Dit artikel beschrijft hoe een dispenser uit de serie wordt gebruikt voor een computertomografiemeting in additive manufacturing Eco PEN von der VISCOTEC dochter Preeflow wordt gebruikt.
inhoud
- Huidige status en trends in kunstmatige hartkleppen
- Fergal Coulter vertrouwt op klantspecifieke polysiloxanen
- Dispenser print kunstmatige hartkleppen en stents
- Voor de hartklepoperaties van de toekomst
- Wat is een kunsthartklep?
- Hoe lang kun je leven met een nieuwe hartklep?
- Welke soorten kunsthartkleppen zijn er?
Huidige status en trends in kunstmatige hartkleppen
De meest gebruikelijke methoden die worden gebruikt om kunstmatige hartkleppen te vervaardigen, zijn mechanisch ontwerp en biologisch ontwerp. Bij mechanische hartkleppen zijn flappen gemaakt van duurzame materialen zoals metaallegeringen (bijvoorbeeld titanium) of polymeren (bijvoorbeeld koolstofvezel). Deze flappen bieden een uitstekende duurzaamheid en hebben een lange levensduur. Ze zijn echter minder flexibel dan biologische kleppen en vereisen levenslang gebruik van bloedverdunners om het risico op bloedstolsels te verminderen.
3D-printermateriaal | van kunststof tot metaal
biologische hartkleppen zijn gemaakt van dierlijk weefsel, meestal van varkens of runderen. Deze kleppen bieden meer natuurlijke functionaliteit en vereisen geen levenslange bloedverdunners. Ze hebben echter een beperkte houdbaarheid en moeten mogelijk na verloop van tijd worden vervangen.
In de afgelopen jaren zijn er nieuwe processen en materialen ontstaan, b.v. B. vervang de oude Smeloff-Cutter hartklep en combineer de voordelen van mechanische en biologische hartkleppen. Een voorbeeld hiervan is de zgn biologisch-mechanische kleppendie zijn gemaakt van een combinatie van dierlijk weefsel en duurzame materialen. Deze kleppen bieden verbeterde duurzaamheid en functionaliteit in vergelijking met puur biologische kleppen.
Daarnaast ook nieuwe materialen zoals biocompatibele polymeren en weefselmanipulatietechnieken om de ontwikkeling van kunstmatige hartkleppen voor hartchirurgie verder te bevorderen. Deze materialen hebben het potentieel om de duurzaamheid en prestaties van kunstmatige kleppen te verbeteren.
Een andere trend in de vervaardiging van kunstmatige hartkleppen is de ontwikkeling van gepersonaliseerde flappen. Met geavanceerde beeldvormingstechnieken en 3D-printprocessen kunnen hartkleppen op maat worden gemaakt en worden aangepast aan de specifieke behoeften van de patiënt. Dit zorgt voor een betere pasvorm en functionaliteit van de flappen.
Over het algemeen bevindt de productie van kunstmatige hartkleppen zich in een constant ontwikkelingsproces. De huidige trends richten zich op het verbeteren van de duurzaamheid, functionaliteit en aanpassing van de klep om de levenskwaliteit van de patiënt te verbeteren en de noodzaak van herhaalde procedures te verminderen.
Fergal Coulter vertrouwt op klantspecifieke polysiloxanen
Fergal Coulter van de Complex Materials Group of ETH Zürich gebruikte klantspecifieke polysiloxanen in medische kwaliteit met chemicaliën voor de productie van de kunsthartkleppen. Deze worden stijve, medium of zachte siliconen na door UV veroorzaakte polymerisatie. De materialen voldoen aan biocompatibiliteitsnormen voor cytotoxiciteit, irritatie en huidsensibilisatie.1
Laag voor laag opgebouwde kunstmatige hartkleppen
Op basis van de resultaten van de berekende van een patiënt wordt een gepersonaliseerde, 3D-geprinte doorn gemaakt. Bij de Preeflow Eco-PEN300 1K dispenser wordt in een eerste productiestap een deel van de kunsthartklep op de doorn aangebracht. De dispenser brengt ook siliconenverstevigingsvezels aan op de folders en verstevigt vervolgens de randen.
Ook de afzonderlijke delen van de hartkleppen intra-aorta driehoeken, zijn geconstrueerd volgens de scan van de aortawortel van de patiënt. De siliconen worden vervolgens verknoopt met UV-licht. In de tweede stap van additive manufacturing van de aortaklepvervanging wordt de aortawortel gemaakt als een siliconen mal.
A komt de klep tijdelijk inkapselen Alginaat voor gebruik. Dit kapje beschermt de aortaklep. Het maakt ook de toepassing mogelijk van een overhangend kunstmatig vasculair systeem en geïntegreerde stents.
Dispenser voor anaërobe lijmen, getest in langdurige tests
Hiervoor wordt het samenstel gescand met een 1-dimensionale laser. Het oppervlak wordt virtueel gereproduceerd in de computer. De toolpaths voor een auxetische geometrie van de stent worden berekend. Daarna wordt het opnieuw bedrukt met de dispenser.
De bedrukte stutten zijn ongeveer 0,3 mm dik. De Klep doorn kan verwijderd worden. De alginaatkap wordt verwijderd door uitdroging in de oven. Afhankelijk van het al dan niet opspuiten van een coating als tussenstap, wordt een patiëntspecifieke kunsthartklep met een bedekte of gefenestreerde aortastent verkregen.
Geïnspireerd door menselijke biologie
De kunstmatige hartklep is gebaseerd op de menselijke biologie in de vorm van een Hartklep met 3 bladen. De geometrie is individueel en leidt tot een op maat gemaakt, synthetisch product.
Digitale fabricage maakt het mogelijk hartklep prothesen als functioneel implantaat. Het 3D-printproces wordt gezien als veelbelovend voor de toekomst vergeleken met bestaande mechanische hartkleppen en kleppen van weefsel.
Vijf redenen voor additive manufacturing van kunstmatige hartkleppen
- Op basis van de CT-scan van de hartklep van de patiënt kunnen absoluut individuele hartkleppen worden geproduceerd.
- 3D-geprinte kunstmatige hartkleppen zijn goedkoop te vervaardigen.
- Met de gebruikte materialen kan worden afgezien van immunosuppressiva of bloedverdunner, indien van toepassing in de toekomst.
- Ontwerp en geometrie van de gedrukte hartklep vergelijkbaar met het biologische model, evenals de functionaliteit. Dit werd in detail getest in Coulter's experimenten met fysiologische bloeddruk.
- De bedrukte, met vezels versterkte hartkleppen zijn slechts licht mechanisch belast en hebben een uitstekende hemodynamica. (= Onderzoek naar de beweging van bloed in het vaatstelsel).
Dispenser print kunstmatige hartkleppen en stents
Taak van de Eco-PEN dispenser is om de stabiliteit van de hartklep en klepbladkleppen te waarborgen. Zodat het systeem niet instort bij gebruik onder fysiologische omstandigheden. Zoals hierboven beschreven, print de Eco-PEN300 een deel van de hartklep en een stent (= medisch implantaat om vaten of holle organen open te houden) of een stentachtige structuur voor stabiliteit. De Eco-PEN bouwt ook de steiger voor de hartkleppen.
Voor de implementatie in dit gevoelige gebied, een absoluut constante precisie in het gebied van de microdosing: De herhalingsnauwkeurigheid bij zulke kleine te doseren hoeveelheden moet gegarandeerd zijn. De lichtgewicht Preeflow-dispensers van Viscotec waren hier overtuigend. De Preeflow-doseertechnologie wordt aangevuld met een flexibele Robotsysteem. Omdat de naald altijd verticaal naar de nauwkeurig vervaardigde doorn moet wijzen.
3D-printer | Additive manufacturing van kunststof onderdelen
Fergal Coulter over het werken met de Preeflow Dispenser: “De Eco-PEN is een uitstekende extruder om verschillende af te drukken Materialiendie verschillende viscositeiten en reologische eigenschappen hebben. De nauwkeurige volumetrische dosering van de dispenser elimineert fluctuaties in de materiaalstroom tijdens lange prints. Dit vermindert ook de tijd die nodig is om drukprofielen aan te passen om een constante materiaalstroom te bereiken.
Voordelen van de uiterst nauwkeurige dispenser
De Preeflow dispensers zijn eenvoudig en flexibel aan te sluiten individuele geometrieën aanpassen. Voor eenvoudige integratie wordt de Eco-PEN300 gebruikt op een afstand van 300 µm en loodrecht op de kromming van het aan te brengen oppervlak. De kleinste doseerhoeveelheden met een absolute herhalingsnauwkeurigheid van> 99% zijn realiseerbaar.
Vertegenwoordiging van het 3D-printproces
Om aan de eisen van de 3D-printmarkt te voldoen, is Viscotec in 2016 voor zichzelf begonnen Ontwikkeling additive manufacturing tot leven gebracht. In dit kader werd ook de portefeuille uitgebreid. Hieruit zijn inmiddels verschillende 3D-printkoppen ontstaan die ééncomponenten- en tweecomponentenvloeistoffen en pasta's kunnen printen en nog beter geschikt zijn voor additive manufacturing.
Voor de hartklepoperaties van de toekomst
Een visie van Fergal Coulter voor toekomstig onderzoek moet het mogelijk maken om stamcellen af te drukken (stamcellen op te nemen) en in te bouwen in de flap. Dit zou overeenkomen met de persoonlijke morfologie.
3D-printservice – online en snel
Ook al is dit nog ver weg, er zijn al eerste ideeën celgeladen hydrogels te gebruiken bij 3D-printen. Zo'n project werd ook uitgevoerd met een Preeflow Eco-PEN: Levende cellen werden gedoseerd zonder ze te beschadigen. De applicatie was "levende" ventilatiesleuven in sportkleding.
Algemene technische kennis
Wat is een kunsthartklep?
Een kunstmatige hartklep is een medisch implantaat dat de natuurlijke doorbloeding herstelt bij patiënten met defecte of zieke hartkleppen. Er zijn twee hoofdtypen kunstmatige hartkleppen: mechanisch en biologisch. Bij het plaatsen van een kunstklep moet de patiënt worden aangesloten op een hart-longmachine, die tijdens de operatie de functie van hart en longen overneemt. Kunstmatige hartkleppen kunnen ook worden gebruikt om abnormale hartritmes te behandelen door een normale hartfunctie en doorbloeding mogelijk te maken.
Hoe lang kun je leven met een nieuwe hartklep?
De levensduur nadat een nieuwe hartklep is geplaatst, kan aanzienlijk variëren, afhankelijk van verschillende factoren, zoals de leeftijd en algemene gezondheid van de patiënt, het gebruikte type klep (mechanisch of biologisch) en andere comorbiditeiten.
Dat blijkt uit een studie van het medische tijdschrift Overlevingspercentage van 10 jaar bij patiënten met een kunsthartklep is dat nu 50 tot 60%, ongeacht of er een mechanische of biologische klep wordt gebruikt.
Voor oudere patiënten ouder dan 80 jaar of jongere patiënten met een levensverwachting van minder dan 10 jaar, a Transcatheter aortaklepimplantatie uitgevoerd.
Het voordeel van mechanische hartkleppen is dat ze, hoewel ze een levenslange antistollingsbehandeling nodig hebben, een vrijwel onbepaalde levensduur hebben. Vrijwel alle patiënten met een hartklepprothese kunnen zonder beperkingen een normaal leven leiden. De levensverwachting is tegenwoordig niet langer aanzienlijk beperkt.
Welke soorten kunsthartkleppen zijn er?
Er zijn verschillende soorten die in de moderne geneeskunde worden gebruikt om defecte of zieke natuurlijke hartkleppen te vervangen. Onder de meest gebruikte zijn mechanische hartkleppen en biologische hartkleppen.
- Mechanische hartkleppen zijn gemaakt van duurzame materialen zoals metaal en speciale kunststoffen. Ze zijn zeer veerkrachtig en gaan een leven lang mee, maar vereisen levenslange antistollingstherapie om het risico op bloedstolsels te minimaliseren.
- biologische hartkleppen afkomstig zijn van menselijke donoren (homotransplantaat) of van dieren (meestal varkens of runderen - xenotransplantaat). Ze zijn biocompatibel en vereisen doorgaans geen antistollingstherapie, maar hebben een beperkte levensduur en moeten mogelijk na 10 tot 20 jaar worden vervangen.
- Tissue engineering hartkleppen is een nieuwere generatie kunstmatige hartkleppen gemaakt van de eigen cellen van de patiënt om het risico op afstoting te minimaliseren en een duurzame oplossing te bieden.
Misschien ben je ook geïnteresseerd in...
Microdosering van lijm voor de productie van glasvezelkabels
Geoptimaliseerde dispenserserie en nieuw rotormateriaal voor doseertechnologie
Vullen en doseren van met vaste stoffen beladen vloeistoffen zonder sedimentatie
Snelle productwisselingen bij het doseren van verschillende viscositeiten
Continu vullen van klonterige sauzen in buisvormige zakken
Nauwkeurige dosering van automatisch inkten van emblemen
Angela Struck is hoofdredacteur van ontwikkelingsscout en freelance journalist en directeur van Presse Service Büro GbR in Ried.