Más de una de cada ocho personas de 75 años o más en los Estados Unidos desarrollan un bloqueo moderado a severo de la válvula aórtica en sus corazones, generalmente causado por depósitos calcificados que se acumulan en las valvas de la válvula y evitan que se abran por completo yMuchos de estos pacientes mayores no están lo suficientemente sanos como para someterse a cirugías a corazón abierto; en cambio, tienen válvulas artificiales implantadas en sus corazones mediante un procedimiento llamado reemplazo de válvula aórtica transcatéter TAVR, que despliega la válvula a través de un catéter insertado en la aorta.Sin embargo, existen desafíos con este procedimiento, incluida la necesidad de elegir la válvula cardíaca de tamaño perfecto sin mirar realmente el corazón del paciente: demasiado pequeño, y la válvula puede desalojarse o gotear alrededor de los bordes; demasiado grande, y la válvulapuede atravesar el corazón y conllevar un riesgo de muerte. Al igual que Goldilocks, los cardiólogos buscan un tamaño de válvula TAVR que sea "perfecto".
Investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de la Universidad de Harvard han creado un nuevo flujo de trabajo de impresión en 3D que permite a los cardiólogos evaluar cómo interactuarán los diferentes tamaños de válvula con la anatomía única de cada paciente, antes de que el procedimiento médico se realice realmente. Este protocolo usa CTescanee datos para producir modelos físicos de las válvulas aórticas de pacientes individuales, además de un dispositivo "medidor" para determinar el tamaño perfecto de la válvula de reemplazo. El trabajo se realizó en colaboración con investigadores y médicos del Hospital Brigham and Women's de la Universidad de Washington,Massachusetts General Hospital, y el Instituto Max Planck de coloides e interfaces, y se publica en el Revista de tomografía computarizada cardiovascular .
"Si compra un par de zapatos en línea sin probárselos primero, existe una buena posibilidad de que no le queden bien. Cambiar el tamaño de las válvulas TAVR plantea un problema similar, ya que los médicos no tienen la oportunidad de evaluarcómo un tamaño de válvula específico se ajustará a la anatomía de un paciente antes de la cirugía ", dijo James Weaver, Ph.D., Científico Investigador Senior en el Instituto Wyss que es el autor correspondiente del artículo." Nuestro sistema integral de impresión 3D y dimensionamiento de válvulasproporciona un informe personalizado de la forma de válvula aórtica única de cada paciente, eliminando muchas conjeturas y ayudando a cada paciente a recibir una válvula de tamaño más preciso ".
Cuando un paciente necesita una válvula cardíaca de reemplazo, con frecuencia se realiza una tomografía computarizada, que toma una serie de imágenes de rayos X del corazón para crear una reconstrucción en 3D de su anatomía interna. Mientras que la pared externa de la aorta y cualquier calcificación asociadalos depósitos se ven fácilmente en una tomografía computarizada, las delicadas "valvas" de tejido que abren y cierran la válvula a menudo son demasiado delgadas para que se vean bien ". Después de una reconstrucción en 3D de la anatomía del corazón, a menudo parece que los depósitos calcificadossimplemente están flotando dentro de la válvula, proporcionando poca o ninguna idea de cómo una válvula TAVR desplegada interactuaría con ellos ", explicó Weaver.
Para resolver ese problema, Ahmed Hosny, que era investigador en el Instituto Wyss en ese momento, creó un programa de software que utiliza modelado paramétrico para generar modelos 3D virtuales de los folletos utilizando siete coordenadas en la válvula de cada paciente que son visibles enTomografía computarizada. Los modelos de folletos digitales se fusionaron con los datos de CT y se ajustaron para que encajen correctamente en la válvula. El modelo resultante, que incorpora los folletos y sus depósitos calcificados asociados, se imprimió en 3D en un modelo físico de múltiples materiales..
El equipo también imprimió en 3D un dispositivo "medidor" personalizado que se ajusta dentro del modelo de válvula impreso en 3D y se expande y contrae para determinar qué tamaño de válvula artificial se ajusta mejor a cada paciente. Luego envolvió el medidor con una capa delgada de presión.película de detección para mapear la presión entre el medidor y las válvulas impresas en 3D y sus depósitos calcificados asociados, mientras se expande gradualmente el medidor.
"Descubrimos que el tamaño y la ubicación de los depósitos calcificados en los folletos tienen un gran impacto en la forma en que una válvula artificial encajará en una calcificada", dijo Hosny, quien actualmente se encuentra en el Instituto del Cáncer Dana-Farber."A veces, simplemente no había forma de que una válvula TAVR sellara completamente una válvula calcificada, y esos pacientes podrían estar mejor operados a corazón abierto para obtener un mejor resultado".
Además, el diseño de múltiples materiales de los modelos de válvulas impresas en 3D, que incorporan láminas flexibles y depósitos rígidos calcificados en una forma totalmente integrada, también podría imitar con mucha más precisión el comportamiento de las válvulas cardíacas reales durante el despliegue de válvulas artificiales.como proporcionar retroalimentación háptica a medida que se amplía el tamaño.
El equipo probó su sistema con datos de 30 pacientes que ya se habían sometido a procedimientos TAVR, 15 de los cuales habían desarrollado fugas de válvulas que eran demasiado pequeñas. Los investigadores predijeron, en función de qué tan bien encajaba el medidor en los modelos impresos en 3D de susválvulas aórticas, qué tamaño de válvula debería haber recibido cada paciente y si experimentarían fugas después del procedimiento. El sistema pudo predecir con éxito el resultado de la fuga en el 60-73% de los pacientes dependiendo del tipo de válvula que el paciente había recibido, y determinó que el 60% de los pacientes habían recibido el tamaño apropiado de válvula.
"Poder identificar a los pacientes de riesgo intermedio y bajo cuya anatomía de la válvula cardíaca les da una mayor probabilidad de complicaciones de TAVR es crítico, y nunca antes habíamos tenido una forma no invasiva de determinarlo con precisión", dijo el co-autor Beth Ripley, MD, Ph.D, profesora asistente en el Departamento de Radiología de la Universidad de Washington que fue becaria de imágenes cardiovasculares en el Hospital Brigham and Women's cuando se realizó el estudio. "Esos pacientes podrían ser mejor atendidos por cirugía, ya que los riesgos de un resultado imperfecto de TAVR podrían ser mayores que sus beneficios. "Además, poder simular físicamente el procedimiento podría informar futuras iteraciones de diseños de válvulas y enfoques de despliegue".
El equipo ha puesto a disposición en línea su software de modelado de folletos y protocolo de impresión 3D para investigadores o clínicos que deseen utilizarlos. Esperan que su proyecto sirva de trampolín para un diseño biomédico evolutivo que se mantenga al día con el estado del arte del mercado.
"En el centro del desafío de la medicina personalizada está la comprensión de que un tratamiento médico no servirá a todos los pacientes por igual, y que las terapias deben adaptarse al individuo", dijo el Director Fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D.., quien también es Judah Folkman Profesor de Biología Vascular en la Facultad de Medicina de Harvard y del Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, así como Profesor de Bioingeniería en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard ". Este principio se aplica también a los dispositivos médicoscomo medicamentos, y es emocionante ver cómo nuestra comunidad está innovando en este espacio e intentando traducir nuevos enfoques personalizados desde el laboratorio a la clínica ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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