Исследователи из Университета штата Северная Каролина использовали 3D-печать для разработки более удобных принимающих излучение антенн для больных раком, которые можно носить во время процедур микроволновой гипертермии груди.
По сравнению с обычным оборудованием для лучевой терапии, гибкий новый приемник команды менее громоздкий и может быть напечатан в соответствии с геометрией пациента, что позволяет уменьшить дискомфорт в ходе лечения. Настраивая уровень заполнения своей антенны, ученые также обнаружили, что они могут регулировать ее диэлектрическую проницаемость, оптимизируя ее характеристики для различных уровней воздействия с помощью электромагнитного (ЭМ) симулятора.
Делаем лучевую терапию более приятной
Микроволновая гипертермия молочной железы - это метод лечения рака, при котором пораженные ткани локально облучаются высокосфокусированным пучком электромагнитного излучения, который разрушает злокачественные клетки путем термической абляции. Хотя процедура является неинвазивной, в настоящее время она требует использования тяжелых антенн, что делает и без того неприятное лечение еще менее комфортным для пациентов.
В прошлом были проведены значительные исследования носимых альтернатив, но они в основном ограничивались изготовленными вручную тканями или громоздкими устройствами с водяным охлаждением. Однако за последние несколько лет ученые все чаще применяют 3D-печать для более быстрого производства антенн, которые обладают повышенной гибкостью и, следовательно, комфортом для пациентов, чем многие традиционные конструкции.
Аналогично, в своем предыдущем исследовании команда из Северной Каролины обнаружила, что они могут улучшить усиление антенны ватных устройств, повысив их пористость. Сделав еще один шаг вперед, исследователи выдвинули гипотезу о том, что можно было бы еще больше манипулировать наполнением ресиверов, чтобы они были не только удобными, но и отличались оптимизированными тепловыми характеристиками и эффективностью в борьбе с раком.
Изготовление приемников излучения
Учитывая, что регулировка диэлектрических свойств антенн имеет решающее значение для оптимизации их работы, ученые приступили к установлению того, как именно на них влияет уровень заполнения. Для этого команда использовала 3D-принтер Luzbot Taz 6 FDM для производства трех различных устройств на основе ТПУ, которые имели различные объемные проценты: 40%, 70% и 100%.
Антенны исследователей, состоящие из проводящего пластыря, установленного на диэлектрической подложке, имеют верхний слой ТПУ толщиной 3 мм, чтобы предотвратить их прямой контакт с кожей пациента. Во время использования пластыри устройств теоретически способны передавать микроволновое излучение в центр тканей молочной железы естественного полушария, нагревая раковые клетки до 39-45 °C и делая их инертными.
Чтобы проверить эффективность своих новых устройств для лучевой терапии, ученые из Северной Каролины прикрепили их к изготовленному в лаборатории «фантому груди» радиусом 50 мм и подвергли их обширному ЭМ-моделированию. Интересно, что команда обнаружила, что уменьшение процента заполнения их антенны со 100% до 43,6% снизило ее диэлектрическую проницаемость с 2,36 до 1,59, и что эта зависимость была предсказуемой и линейной..
Кроме того, устройства с объемом 70% и 100% продемонстрировали резонанс 2,30 ГГц и скорость поглощения излучения 35-60 Вт/кг в тканях глубиной 5-7 мм, что находится в пределах 8- 83 Вт/кг рекомендуется для применения в условиях гипотермии. Однако каждая из антенн также оказалась неэффективной на тканях глубже 15 мм, а прототип с 40% заполнением не был достаточно стабильным, чтобы сохранять свою полусферическую форму.
В результате исследователи пришли к выводу, что они успешно рассчитали линейность между диэлектрической проницаемостью и процентным содержанием твердого вещества в своих радиотерапевтических приемниках, но они не использовались в приложениях in vitro, и если они должны были быть ограничены обработкой поверхностных областей груди.
«Используемый фантом груди был однородным и не точно имитировал реальное биофизическое представление человеческого тела», - заявили ученые в своей статье.«В настоящей женской груди есть бесчисленное множество компонентов, и все они могут влиять на эффективность нагрева. Таким образом, для дальнейшего исследования необходимо рассмотреть более реалистичный фантом».
Распечатанные на 3D-принтере средства от рака молочной железы
Будь то напечатанные на 3D-принтере полимерные направляющие, обеспечивающие повышенную ретенцию тканей, или биопечатные имплантаты для конкретных пациентов, исследователи продолжают находить новые способы помочь выздоровевшим от рака молочной железы. Клиницисты Корейского медицинского центра Асан, например, объединили сканирование с 3D-печатью для создания настраиваемых хирургических шаблонов, которые улучшают результаты для пациентов с мастэктомией.
В другом месте израильская компания CollPlant, специализирующаяся на 3D-биопечати, занимается прототипированием имплантатов, регенерирующих ткань молочной железы, по крайней мере, с 2019 года. Компания считает, что в будущем ее трансплантаты на основе коллагена могут предоставить пациентам более безопасную альтернативу более традиционным Методы постоянной имплантации груди.
Аналогичным образом разработчик каркасов для 3D-печати BellaSeno заключил сделку с Evonik об использовании полимера RESOMER в качестве основы для линии грудных имплантатов Senella, сертифицированных по стандарту ISO. В конечном счете, фирма стремится улучшить процедуры реконструкции груди, увеличения и повторной хирургии путем создания имплантатов, которые могут безопасно поглощаться телом.
Выводы исследователей подробно изложены в их статье под названием «Термопластичный полиуретан, напечатанный на 3D-принтере, для носимой гипертермии груди», соавторами которой являются Юсуке Мукай, Сиксиан Ли и Минён Су.