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3D-Printed Splint für Kleinkind Windpipe rettet sein Leben

Forscher haben eine 3D-gedruckte Schiene entwickelt, die verwendet wurde, um das Leben eines 20 Monate alten Säuglings zu retten.

Kaiba Gionfriddo war 6 Wochen alt, als bei ihm schwere Tracheobronchomalazie (TBM) diagnostiziert wurde, ein Geburtsfehler, bei dem die Luftröhre kollabiert und der Luftstrom in den Körper blockiert wird.

Der Zustand, der eines von 2100 Babys betrifft, bedeutete das Kaibas Herz hörte oft auf zu schlagenund obwohl er die Hilfe eines medizinischen Beatmungsgeräts hatte, Er musste täglich von Ärzten wiederbelebt werden.

Forscher der Universität von Illinois, des Instituts für Genombiologie (IGB) und der Universität von Michigan entwickelten ein 3D-gedruckte Schiene, die um Kaibas Tracheotomietubus genäht wurde, um seine kollabierte Luftröhre zu erweitern und das Gewebewachstum zu unterstützen.

Tracheobronchomalazie ist ein ungewöhnlicher Zustand, der auftritt, wenn die Wände der Atemwege schwach werden und die Atemwege beim Atmen oder Husten kollabieren lassen. Es ist der häufigste angeborene zentrale Atemweg, kann jedoch häufig als Asthma falsch diagnostiziert werden.

Wie die Schiene erstellt wurde


Matthew Wheeler, Professor für Tierwissenschaften an der Universität von Illinois, hält eine 3D-gedruckte, bioresorbierbare Airway-Schiene.

Das Forschungsteam testete zuvor 3D-gedruckte, bioresorbierbare (abbaubare) Atemwegsschienen bei 2 Monate alten Schweinen, die den gleichen Zustand und ähnliche biomechanische und anatomische Eigenschaften wie eine wachsende menschliche Luftröhre hatten.

Ein CT-Scan einer Schweinetrachea wurde an Professor Glenn Green von der University of Michigan geschickt, der zusammen mit seinem Kollegen Scott Hollister den Scan zusammen mit einem computergestützten 3D-Konstruktionsprogramm verwendete, um die Schienen zu entwerfen und zu drucken ein von der FDA zugelassenes (Food and Drug Administration) Material, das Polycaprolacton (PCL) genannt wird.

Ein Verfahren wurde durchgeführt, um die Schienenvorrichtung in einem Schwein, das an dem Defekt leidet, zu implementieren. Nachdem die Schiene in die Luftröhre des Schweins genäht worden war, war ihre Tracheobronchomalazie verschwunden.

Matthew Wheeler, Professor für Tierwissenschaften an der Universität von Illinois, sagt:

"Im Wesentlichen wurden alle unsere Durchbrüche in der klinischen Humanmedizin zunächst in Tiermodellen getestet oder perfektioniert. Wissenschaftler und Ärzte können mithilfe von Tiermodellen Techniken, Medikamente und Materialien perfektionieren, ohne Menschenleben zu riskieren."

Einsetzen der Schiene in Baby Kaiba

Kaibas Eltern, April und Brian Gionfriddo glaubten, dass die Überlebenschancen ihres Babys gering waren. Aber ein Arzt im Akron Kinderkrankenhaus in Ohio informierte sie, dass Forscher an der Universität von Michigan die neuen Luftwegschienen prüften.

Die FDA hat eine Notfallfreigabe erteilt und Kaibas Schiene wurde mit computergesteuerten Lasern hergestellt, um dünne Kunststoffschichten zu drucken, zu stapeln und zu verschmelzen.

Die Operation wurde am 9. Februar 2012 im C.S. Mott Children's Hospital durchgeführt, wo die Schiene in die Atemwege von Kaiba eingenäht wurde. An der Seite der Schiene befindet sich ein Schlitz, der das Wachstum entlang der Atemwege ermöglicht.

Seit der Operation hat sich Kaibas Luftröhre vollständig rekonstruiert. Forscher sagen, dass sein Körper die Schiene reabsorbieren wird, während das PCL abgebaut wird, und sein Tracheotomietubus wird in einem Jahr entfernt, ohne irgendeinen Schaden zu verursachen.

Prof. Green sagte in einem Bericht in der New England Journal of Medicine:

"Es war erstaunlich. Sobald wir die Schiene einführten, begannen die Lungen zum ersten Mal auf und ab zu gehen und wir wussten, dass es ihm gut gehen würde."

Wheeler sagt: "Unsere gesamte Arbeit ist vom Arzt inspiriert. Babys, die an Tracheobronchomalazie litten, wurden an Ohren-, Nasen- und Ohrenchirurgen gebracht, aber sie hatten keine Behandlungsmöglichkeiten. Sie haben sich an uns gewandt, um ein Heilmittel zu entwickeln."

Die Zukunft von 3D-gedruckten Schienen bei der Behandlung von Tracheobronchomalazie

Wheeler sagt, dass er diese Methode noch weiter vorantreiben möchte, indem er der Schiene Stammzellen hinzufügt, um den Heilungsprozess zu beschleunigen.

Aber er fügt hinzu, dass weitere Studien dieses Verfahrens erforderlich sein werden, um den langfristigen Erfolg zu zeigen, bevor es verwendet werden kann, um andere an Tracheobronchomalazie leidende Kinder zu retten.

Wheeler sagt: "Wir haben den Ruf, in diesem Bereich exzellent zu sein. Wir möchten das Know-how und die Einrichtungen, die wir hier haben, nutzen, um weiterhin lebensrettende Forschung zu betreiben. Ich hoffe, dass diese Geschichte mehr fördern wird Leute, die zu uns kommen und sagen "Hey, wir würden gerne dieses Modell entwickeln."

Im Video unten erzählen die Eltern von Kaiba Gionfriddo ihre Geschichte und Scott Hollister und Glenn Green diskutieren die Vorgehensweise.

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