Καρδιά από εκτυπωτή

Ακριβές 3d αντιγραφο των ενωμένων θωράκων των σιαμαίων κοριτσιών από το Τέξας. Χάρη σ’ αυτό, οι χειρουργοί ήξεραν εκ των προτέρων σε ποια σημεία και πώς ήταν ενωμένα τα βρέφη - και ο διαχωρισμός τους πραγματοποιήθηκε με επιτυχία.

Ήταν Φεβρουάριος του 2012 όταν ένα μόλις τριών χρονών αγοράκι από τις ΗΠΑ σταμάτησε ξαφνικά να αναπνέει και μεταφέρθηκε σε κρίσιμη κατάσταση στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Παίδων του Μίσιγκαν. Είχε γεννηθεί με trecheobrocnchomalacia, μια σπάνια αναπνευστική πάθηση: Τα τοιχώματα της τραχείας του ήταν πολύ αδύναμα κι έτσι αυτή «κατέρρευσε» και το οξυγόνο δεν μπορούσε να φτάσει στους πνεύμονες. Το βρέφος διέτρεχε άμεσο κίνδυνο να υποστεί πνευμονική και καρδιακή ανακοπή και οι γιατροί έπρεπε να δράσουν ταχύτατα. Το τοποθέτησαν σε μηχανικό αναπνευστήρα και ζήτησαν τη γνώμη των συναδέλφων τους στο Akron Children's Hospital του Οχάιο. Εκείνοι τους πρότειναν να αξιοποιήσουν τις δυνατότητες του νέου τους αποκτήματος: Ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή.

Αυτό έγινε. Μέσω αξονική τομογραφίας σκαναρίστηκε ο θώρακας του μωρού και σχεδιάστηκε ένα μοντέλο αεραγωγού – νάρθηκα στις ακριβείς διαστάσεις του. Στη συνέχεια εκτυπώθηκε σε πολυκαπρολακτόνη, ένα βιοαποκοδοιμητικό πολυμερές και το τεχνητό τμήμα προσαρμόστηκε στην τραχεία του αγοριού, έτσι ώστε να την κρατάει ανοιχτή. Τρεις βδομάδες μετά την επέμβαση, το παιδί αποσυνδέθηκε από τον μηχανικό αναπνευστήρα και πήρε εξιτήριο. Σήμερα είναι υγιέστατο, ο νάρθηκας έχει απορροφηθεί πλήρως από τον οργανισμό του, όπως προβλεπόταν και οι φυσικοί αεραγωγοί του έχουν αναπτυχθεί και λειτουργούν φυσιολογικά.

Και αν η περίπτωση του Μίσιγκαν σε κάποιους ακούγεται... διαστηµική, στην πραγµατικότητα είναι µία από τις πολλές, αφού πλέον η χρήση της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι συνηθισµένη για ιατρικούς και ερευνητικούς σκοπούς. «Χάρη στους 3D printers, όποιο µέρος της ανατοµίας φαίνεται σε µια ιατρική απεικόνιση -σε αξονική ή µαγνητική τοµογραφία, για παράδειγµα- µπορεί να αντιγραφεί και να εκτυπωθεί σε βιοσυµβατό ή µη υλικό», εξηγεί ο καθηγητής Εµβιοµηχανικής και Υπολογιστικής Χειρουργικής Πάνος ∆ιαµαντόπουλος, ένας από τους πρωτοπόρους της τρισδιάστατης εκτύπωσης για ιατρικούς σκοπούς στη χώρα µας. «Θέλουµε αντίγραφο µιας γνάθου, ενός γονάτου, κάποιων αγγείων, ενός κρανίου, µιας καρδιάς; Μπορούµε να το ανασυνθέσουµε εικονικά και να το στείλουµε για εκτύπωση. Και αυτό µπορεί να γίνει άµεσα και µε εντυπωσιακή ακρίβεια».

Φωτο: Ο 6χρονος Άλεξ γεννήθηκε χωρίς δεξί χέρι. Τον περασμένο Νοέμβριο απέκτησε τεχνητό μέλος, εκτυπωμένο από τους υπερσύγχρονους 3D printers της εταιρείας Limbitless Solutions.

Οι τρεις «δρόµοι» του 3D

Από τον πρώτο τρισδιάστατο εκτυπωτή που κατασκεύασε τη δεκαετία του 1980 ο Αµερικανός µηχανικός Charles Hull είναι σαν να έχουν περάσει... αιώνες. Οι δυνατότητες των σύγχρονων µηχανηµάτων φαντάζουν απεριόριστες. Τι είδους υλικά χρησιµοποιούνται, όµως, στο 3D printing όταν αυτό αφορά την Ιατρική; Και κυρίως για ποιους σκοπούς;

Οι «δρόµοι» είναι τρεις. Κατ’ αρχάς, οι τρισδιάστατες εκτυπώσεις οργάνων έχουν µεγάλη εκπαιδευτική αξία. Οι φοιτητές και οι ειδικευόµενοι γιατροί µπορούν χάρη σ’ αυτές να εξοικειωθούν µε ασφάλεια και χωρίς στρες µε την ανατοµία του ανθρώπινου σώµατος πριν αναλάβουν έναν ασθενή. Επειτα, είναι πολύτιµα εργαλεία για τον προεγχειρητικό έλεγχο και τον θεραπευτικό σχεδιασµό. Σε µια επανορθωτική επέµβαση, όπως ένα συντριπτικό κάταγµα, οι γιατροί µελετώντας το ανατοµικό αντίγραφο του ασθενούς γνωρίζουν ακριβώς τι πρέπει να κάνουν πριν καν τον ακουµπήσουν. «Ετσι κερδίζουν χρόνο στο χειρουργείο, µειώνουν την ταλαιπωρία του ασθενούς, αυξάνουν την αποτελεσµατικότητα της επέµβασης και ελαττώνουν τον κίνδυνο επιπλοκών», επισηµαίνει ο Richard Arm, ερευνητής του βρετανικού Πανεπιστηµίου Nottingham Trent και δηµιουργός της τρισδιάστατης εκτυπωµένης καρδιάς που εκτέθηκε πρόσφατα στο Ωνάσειο Καρδιοχειρουργικό Κέντρο, στο πλαίσιο της έκθεσης 3D Printing της Στέγης Γραµµάτων και Τεχνών.

Εάν λοιπόν το 3D αντίγραφο προορίζεται για εκπαιδευτικούς σκοπούς ή προ-εγχειρητικό έλεγχο και προγραµµατισµό, συνήθως χρησιµοποιούνται για την εκτύπωσή του πολυµερή (π.χ. πλαστικά και ελαστικά), υδροτζέλ, γυαλί ή γύψος. Ιδιαίτερα διαδεδοµένες στις προσοµοιώσεις επεµβάσεων είναι και οι ρητίνες. Γιατί; Πρώτον, έχουν «συµπεριφορά» παρόµοια µε εκείνη των ανατοµικών ιστών και, δεύτερον, είναι διαφανείς και µπορούν να χρωµατιστούν, για να τονιστούν συγκεκριµένες περιοχές, όπως νεύρα, αρτηρίες, αγγεία, ρίζες δοντιών, ακόµη και καρκινικοί όγκοι.

Υπάρχει, όµως, και η ανάγκη για δηµιουργία εµφυτευµάτων ή µοσχευµάτων που θα παραµείνουν στο ανθρώπινο σώµα - είναι ήδη πάρα πολλές οι εφαρµογές εξατοµικευµένων τρισδιάστατων αντιγράφων σε κρανιοπροσωπική, ορθοπεδική και πλαστική χειρουργική, νευροχειρουργική, καρδιοχειρουργική, αγγειοχειρουργική, ογκολογία και οδοντιατρική. Σ’ αυτές τις περιπτώσεις, το υλικό της εκτύπωσης πρέπει να είναι βιοσυµβατό, ώστε να µην απορριφθεί από τον οργανισµό, να µην προκαλέσει µολύνσεις ή τραυµατισµούς. Ετσι χρησιµοποιούνται από ειδικά είδη πλαστικού και κεραµικά έως κράµατα τιτανίου ή κοβαλτίου - χρωµίου, «αλλά και υδροτζέλ µε βλαστοκύτταρα, ιδιαίτερα στο χώρο της βιοτεχνολογίας», όπως αναφέρει ο Εµµανουήλ Παπασταύρου, υποψήφιος διδάκτωρ του βρετανικού πανεπιστηµίου Nottingham Trent, ο οποίος στην έρευνά του συνδυάζει την επιστήµη των υλικών, το σχεδιασµό και τη µηχανική για την αναγέννηση οστών.

Ειδικά στις περιπτώσεις των οστών, η τρισδιάστατη εκτύπωση κάνει, χωρίς υπερβολή, θαύµατα. Στις αρχές του χρόνου, χειρουργοί στην Ουαλία χρησιµοποίησαν 3D printer για να ανακατασκευάσουν το πρόσωπο ενός 29χρονου ο οποίος είχε σπάσει το αριστερό ζυγωµατικό, την άνω γνάθο, τις οφθαλµικές κόγχες και το κρανίο του σε ατύχηµα µε µοτοσικλέτα. Η ιατρική οµάδα σκάναρε το κεφάλι του µε τη χρήση αξονικού και µαγνητικού τοµογράφου και µε βάση τα εναποµείναντα γερά οστά σχηµάτισε την εικόνα της πλήρους δοµής του προσώπου του - όπως ήταν πριν από το ατύχηµα. Στη συνέχεια εκτύπωσαν εµφυτεύµατα από τιτάνιο, τα οποία τοποθετήθηκαν στον ασθενή µε επιτυχία. «Η 3D τεχνολογία έχει εφαρµογή σε ένα πολύ ευρύ φάσµα της Ιατρικής, αλλά στo χειρουργικό πεδίο πραγµατικά αλλάζει ζωές», αναφέρει ο κ. ∆ιαµαντόπουλος.

Θα εκτυπώνουµε... ζωή;

Οι ειδικοί συµφωνούν πως η τρισδιάστατη εκτύπωση θα παίξει σηµαντικό ρόλο στο σχεδιασµό δοµών που θα µπορούσαν να «προγραµµατιστούν» για τη στοχευµένη θεραπεία νοσηµάτων. «Η ανάπτυξη νανοροµπότ που θα αποτελούνται από γενετικό υλικό και, αφού θα εισέρχονται στον ανθρώπινο οργανισµό, θα κάνουν πλήθος ενεργειών -από τη χορήγηση φαρµάκων εκεί ακριβώς όπου υπάρχει πρόβληµα µέχρι το να “βοηθούν” χειρουργούς σε δύσκολες επεµβάσεις- θα φέρει επανάσταση στην Ιατρική. Και δεν απέχουµε πολύ από αυτό...» επισηµαίνει ο κ. Παπασταύρου.

Οµως κάτι ακόµη πιο συγκλονιστικό βρίσκεται µπροστά µας, όπως προσθέτει ο κ. ∆ιαµαντόπουλος: το Bioprinting, δηλαδή η ολοκληρωµένη εκτύπωση αληθινών ανθρώπινων οργάνων. Οι ερευνητές στα εργαστήρια οραµατίζονται τη δηµιουργία νεφρών, συκωτιού, καρδιάς και άλλων οργάνων και ιστών, έτσι ώστε ένας ασθενής ο οποίος χρειάζεται µεταµόσχευση να µην αναζητά δότη, αλλά έναν 3D printer που θα εκτυπώνει ζώντα όργανα από κύτταρα! Και το ζήτηµα δεν είναι πότε θα συµβεί αυτό, αλλά πώς....

«Ο βασικός περιορισµός προς το παρόν έγκειται στην εύρεση εκτυπώσιµων υλικών που δεν θα είναι απλώς βιοσυµβατά, αλλά πραγµατικά βιολογικά. Αν ξεπεραστεί αυτό, τότε δεν αποκλείεται να φτάσουµε στο σηµείο να εκτυπώνουµε ζωή», καταλήγει ο κ. ∆ιαµαντόπουλος. «Και τότε, ο µόνος πιθανός κίνδυνος θα είναι η ανθρώπινη φύση και ο τρόπος που τελικά θα διαχειριστούµε αυτή την τεχνολογία...»

ΕΛΕΝΑ ΚΙΟΥΡΤΣΗ

Η Καθημερινή