Студенты создали прототип искусственной почки на 3d-принтере

Видео: 3D моделирование почки с опухолью

За последние месяцы наметилось немало многообещающих сфер медицинского применения 3D-принтеров.

Последнее достижение в этой области – создание студентами Коннектикутского университета (США) двух прототипов искусственной почки с помощью 3D-печати.

Другие очень интересные инновации включают восстановление с помощью 3D-печати лица человека, пострадавшего в автокатастрофе, создание моделей опухоли invitro и печать аппаратов для искусственного кровообращения.

Зарубежные издания сообщали о том, что искусственные почки с помощью 3D-принтера уже печатали для японских хирургов. Тем не менее, эти модели не были функциональными, а лишь внешне в точности воспроизводили человеческую почку и предназначались для отработки навыков онкохирургов.

Сегодня единственными терапевтическими опциями при почечной недостаточности являются диализ или трансплантация почки. Диализ – это лишь временное решение, причем дорогостоящее и очень некомфортное для пациентов. Что касается пересадки почки, то потребность в органе многократно превышает количество доступных почек.

Данные Национального фонда почки США (National Kidney Foundation) показывают, что 100 000 человек в Соединенных Штатах ожидают донорскую почку, при этом только 14 000 пересадок осуществляется в год. Каждый месяц в очередь на трансплантацию добавляют в среднем по 2 500 пациентов.



Согласно информации Американской системы данных о почках (US Renal Data System), в 2009 году от терминальной стадии почечной недостаточности умерло 90 000 человек. Поэтому разработка недорогой и функциональной искусственной почки должно преобразить эту грустную статистику.

ЭнсонМа (AnsonMa), преподаватель в отделении химического и биомолекулярного инжиниринга в Институте материаловедения при Коннектикутском университете (UConn) дал задание двум командам студентов по три человека в каждой разработать искусственную почку в рамках учебного проекта, используя для этого 3D-печать.



«Цель данного проекта – научить студентов комбинировать новейшие технологии и их знания в области химического инжиниринга, полученные за 4 года обучения в Коннектикутском университете, чтобы решать серьезные технические проблемы», - говорит профессор Ма.

Студенты сотрудничали с ACTGroup – компанией, которая занимается коммерческой 3D-печатью – чтобы произвести свои прототипы в конце длительной конструкторской работы.

Каждая команда студентов избрала своеобразный подход к решению проблемы. Одна команда изучала такие техники, как электродиализ и прямой осмос, а другая сосредоточилась на технологии полых мембран, которая уже используется в современном гемодиализе.

Поскольку детализация нынешних 3D-принтеров еще не подходит, чтобы создать микроскопические структуры, способные фильтровать настоящую кровь, то пока напечатаны только детализованные прототипы устройств, их «оболочки».

Benjamin Coscia, один из изобретателей, работавших над технологией полых мембран, пояснил: «Полые мембраны потом будут установлены внутри отпечатанной оболочки устройства, чтобы выполнять собственно фильтрующую функцию. Затем почка будет запечатана с использованием швов и опечатывающих О-образных колец. Жидкость, называемая диализатом, будет циркулировать на внешней поверхности мембран, внутри оболочки, в процессе чего компоненты крови будут разделяться. Поток отходов будет уходить с мочой. Снаружи оболочки будет находиться субстрат для роста биологического материала, что позволит почке легко интегрироваться в организм пациента».

Компания ACTGroup помогла молодым ученым подобрать подходящие полимеры для создания искусственной почки. Прототипы устройств были презентованы на демонстрационный день в Школе инжиниринга UConn.

«Самым большим вызовом в нашем проекте было практическое применение знаний, которые мы получили в университете, для создания сложного биологического устройства. Это принудило нас выйти из привычной «зоны комфорта» и надеяться на свои силы в решении жизненно важных вопросов», - сказал один из исследователей GuleidAwale.