3D-печать создало «живое» сердце для тренировок хирургов

Исследователи Вашингтонского государственного университета представили динамическую модель левой части сердца, созданную методом мягкой 3D-печати. Устройство воспроизводит анатомическую структуру и физиологические сокращения, позволяя отрабатывать малоинвазивные вмешательства без использования биологических тканей.

Суть разработки

Инженеры воссоздали предсердие, желудочек и митральный клапан с текстурой, приближенной к реальному миокарду. Для имитации сердечного ритма в стенки модели интегрированы пневматические актуаторы Маккиббена — мягкие роботизированные элементы, которые при подаче давления сокращаются, воспроизводя систолическую фазу сердечного цикла. Конструкция дополнена нитевидными элементами, имитирующими сухожильные хорды, которые обеспечивают физиологически точное движение клапана.

Модель печатается методом прямого экструзионного нанесения (DIW) с использованием силиконового композита, модуль упругости которого (около 123 кПа) соответствует показателям сердечной ткани в систолической фазе. В конструкцию встроены гибкие пьезорезистивные датчики, регистрирующие изменения давления в режиме реального времени. Частота сокращений регулируется и доводится до 70 ударов в минуту — значения, близкого к физиологической норме человека.

Разработка предназначена для отработки процедур краевой пластики митрального клапана — малоинвазивного метода коррекции регургитации. В ходе испытаний исследователи имплантировали в модель 3D-печатный корректирующий элемент, аналогичный клиническим устройствам типа MitraClip. После установки давление в левом желудочке в систолическую фазу возросло с 45,2 до 67,4 мм рт. ст., а фракция выброса увеличилась с 48% до 53%, что подтверждает эффективность тренажёра для оценки результатов вмешательства.

Синтетическая природа модели исключает этические ограничения, связанные с использованием животных тканей, и обеспечивает воспроизводимость экспериментов. Технология позволяет масштабировать производство персонализированных тренажёров на основе данных медицинской визуализации конкретного пациента. В перспективе разработчики планируют расширить модель до полнокамерной конфигурации с четырьмя клапанами.

Сердечно-сосудистые заболевания остаются ведущей причиной смертности в мире. Малоинвазивные кардиохирургические процедуры требуют высокой точности исполнения, и ошибки на этапе обучения могут иметь серьёзные последствия. Традиционные методы подготовки — работа с кадаверным материалом или животными моделями — ограничены этически, логистически и не позволяют тиражировать сценарии патологий. Предложенное решение закрывает эти пробелы, сочетая анатомическую достоверность с контролируемой динамикой.

Источник: interestingengineering