Студенти створили прототип штучної нирки на 3d-принтері

Відео: 3D моделювання нирки з пухлиною

За останні місяці намітилося чимало перспективних сфер медичного застосування 3D-принтерів.

Останнє досягнення в цій галузі - створення студентами Коннектикутського університету (США) двох прототипів штучної нирки за допомогою 3D-друку.

Інші дуже цікаві інновації включають відновлення за допомогою 3D-друку особи людини, яка постраждала в автокатастрофі, створення моделей пухлини invitro і друк апаратів для штучного кровообігу.

Зарубіжні видання повідомляли про те, що штучні нирки за допомогою 3D-принтера вже друкували для японських хірургів. Проте, ці моделі не були функціональними, а лише зовні в точності відтворювали людську нирку і призначалися для відпрацювання навичок онкохірурги.

Сьогодні єдиними терапевтичними опціями при нирковій недостатності є діаліз або трансплантація нирки. Діаліз - це лише тимчасове рішення, причому дороге і дуже некомфортний для пацієнтів. Що стосується пересадки нирки, то потреба в органі багаторазово перевищує кількість доступних нирок.

Дані Національного фонду нирки США (National Kidney Foundation) показують, що 100 000 чоловік в Сполучених Штатах очікують донорську нирку, при цьому тільки 14 000 пересадок здійснюється в рік. Щомісяця в чергу на трансплантацію додають в середньому по 2 500 пацієнтів.

Згідно з інформацією Американської системи даних про нирках (US Renal Data System), в 2009 році від термінальної стадії ниркової недостатності померло 90 000 осіб. Тому розробка недорогий і функціональної штучної нирки має перетворити цю сумну статистику.

ЕнсонМа (AnsonMa), викладач у відділенні хімічного і біомолекулярного інжинірингу в Інституті матеріалознавства при Коннектикутського університеті (UConn) дав завдання двом командам студентів по три людини в кожній розробити штучну нирку в рамках навчального проекту, використовуючи для цього 3D-друк.

«Мета даного проекту - навчити студентів комбінувати новітні технології та їх знання в області хімічного інжинірингу, отримані за 4 роки навчання в Коннектикутського університеті, щоб вирішувати серйозні технічні проблеми», - каже професор Ма.

Студенти співпрацювали з ACTGroup - компанією, яка займається комерційною 3D-печаткою - щоб зробити свої прототипи в кінці тривалої конструкторської роботи.

Кожна команда студентів обрала своєрідний підхід до вирішення проблеми. Одна команда вивчала такі техніки, як електродіаліз і прямий осмос, а інша зосередилася на технології порожніх мембран, яка вже використовується в сучасному гемодіалізі.

Оскільки деталізація нинішніх 3D-принтерів ще не підходить, щоб створити мікроскопічні структури, здатні фільтрувати справжню кров, то поки надруковані тільки деталізовані прототипи пристроїв, їх «оболонки».

Benjamin Coscia, один з винахідників, які працювали над технологією порожніх мембран, пояснив: «Порожні мембрани потім будуть встановлені всередині видрукуваної оболонки пристрою, щоб виконувати власне систему фільтрів функцію. Потім нирка буде запечатана з використанням швів і опечатують О-образних кілець. Рідина, звана діалізатом, буде циркулювати на зовнішній поверхні мембран, всередині оболонки, в процесі чого компоненти крові будуть розділятися. Потік відходів буде йти з сечею. Зовні оболонки буде знаходитися субстрат для росту біологічного матеріалу, що дозволить нирці легко інтегруватися в організм пацієнта ».

Компанія ACTGroup допомогла молодим вченим підібрати відповідні полімери для створення штучної нирки. Прототипи пристроїв були презентовані на демонстраційний день в Школі інжинірингу UConn.

«Найбільшим викликом в нашому проекті було практичне застосування знань, які ми отримали в університеті, для створення складного біологічного пристрої. Це змусило нас вийти зі звичного «зони комфорту» і сподіватися на свої сили у вирішенні життєво важливих питань », - сказав один з дослідників GuleidAwale.