Des chercheurs de l'Université du Minnesota, avec le soutien de Medtronic, ont développé un processus révolutionnaire d'impression 3D multi-matériaux de modèles réalistes de la valve aortique du cœur et des structures environnantes qui imitent l'apparence et la sensation exactes d'un vrai patient.
Ces modèles d'organes spécifiques au patient, qui incluent des réseaux de capteurs souples imprimés en 3D intégrés à la structure, sont fabriqués à l'aide d'encres spécialisées et d'un processus d'impression 3D personnalisé. De tels modèles peuvent être utilisés en préparation de procédures mini-invasives pour améliorer les résultats chez des milliers de patients dans le monde.
La recherche est publiée dans Progrès scientifiques, une revue scientifique à comité de lecture publiée par l'American Association for the Advancement of Science (AAAS).
Les chercheurs ont imprimé en 3D ce qu'on appelle la racine aortique, la section de l'aorte la plus proche et attachée au cœur. La racine aortique se compose de la valve aortique et des ouvertures pour les artères coronaires. La valve aortique a trois volets, appelés feuillets, entourés d'un anneau fibreux. Le modèle comprenait également une partie du muscle ventricule gauche et de l'aorte ascendante.
Notre objectif avec ces modèles imprimés en 3D est de réduire les risques médicaux et les complications en fournissant des outils spécifiques au patient pour aider les médecins à comprendre la structure anatomique exacte et les propriétés mécaniques du cœur du patient. «
Michael McAlpine, chercheur principal et professeur en génie mécanique, Université du Minnesota.
«Les médecins peuvent tester et essayer les implants valvulaires avant la procédure proprement dite. Les modèles peuvent également aider les patients à mieux comprendre leur propre anatomie et la procédure elle-même.
Ce modèle d'organe a été spécialement conçu pour aider les médecins à se préparer à une procédure appelée remplacement de la valve aortique transcathéter (TAVR) dans laquelle une nouvelle valve est placée à l'intérieur de la valve aortique native du patient.
La procédure est utilisée pour traiter une affection appelée sténose aortique qui survient lorsque la valve aortique du cœur se rétrécit et empêche la valve de s'ouvrir complètement, ce qui réduit ou bloque le flux sanguin du cœur vers l'artère principale.
La sténose aortique est l'une des affections cardiovasculaires les plus courantes chez les personnes âgées et touche environ 2,7 millions d'adultes de plus de 75 ans en Amérique du Nord. La procédure TAVR est moins invasive que la chirurgie à cœur ouvert pour réparer la valve endommagée.
Les modèles de racine aortique sont fabriqués en utilisant des tomodensitogrammes du patient pour correspondre à la forme exacte. Ils sont ensuite imprimés en 3D à l'aide d'encres à base de silicone spécialisées qui correspondent mécaniquement à la sensation du tissu cardiaque réel que les chercheurs ont obtenu des laboratoires Visible Heart de l'Université du Minnesota.
Les imprimantes commerciales actuellement sur le marché peuvent imprimer la forme en 3D, mais utilisent des encres souvent trop rigides pour correspondre à la douceur du tissu cardiaque réel.
D'un autre côté, les imprimantes 3D spécialisées de l'Université du Minnesota ont pu imiter à la fois les composants des tissus mous du modèle, ainsi que la calcification dure sur les volets de valve en imprimant une encre similaire à la pâte de rebouchage utilisée dans la construction pour réparer cloisons sèches et plâtre.
Les médecins peuvent utiliser les modèles pour déterminer la taille et l'emplacement du dispositif à valve pendant la procédure. Les capteurs intégrés imprimés en 3D dans le modèle donnent aux médecins le retour de pression électronique qui peut être utilisé pour guider et optimiser la sélection et le positionnement de la valve dans l'anatomie du patient.
Mais McAlpine ne voit pas cela comme la fin de la route pour ces modèles imprimés en 3D.
«Alors que nos techniques d'impression 3D continuent de s'améliorer et que nous découvrons de nouvelles façons d'intégrer l'électronique pour imiter la fonction des organes, les modèles eux-mêmes peuvent être utilisés comme organes artificiels de remplacement», a déclaré McAlpine, titulaire de la chaire de la Chaire de la famille Kuhrmeyer à l'Université du Minnesota. Département de l'Ingénierie Mécanique. « Un jour, peut-être que ces organes 'bioniques' pourront être aussi bons ou meilleurs que leurs homologues biologiques. »
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