Человеческая кожа устроена сложно. Она эластична в одних направлениях, жёсткая в других. Мягкая, но прочная. Старые хирургические модели не могли её воспроизвести. Теперь исследователи из Миннесоты напечатали на 3D-принтере синтетические ткани, которые близки к оригиналу. Очень близки. Они даже включают в себя искусственные капсулы с кровью для беспрецедентной реалистичности. Хирурги, обучавшиеся работе с этими новыми материалами, отмечают, что тактильная обратная связь лучше, а реакция на скальпель более реалистична. Исследование, опубликованное в Наука развивается, открывает путь к более совершенным моделям обучения. И, возможно, когда-нибудь, к бионическим органам.
Как работает печатная синтетическая кожа
КомандаГорода-побратимы Университета Миннесоты Он разработал технологию, которая позволяет контролировать форму и размер микроскопических узоров в печатном материале. Эти узоры определяют механические свойства ткани: степень её растяжимости, сопротивление и поведение под нагрузкой. Дело не только во внешнем виде. Дело в физике материалов.
Исследователи также создали математическую формулу для прогнозирования поведения ткани. Это немного похоже на инструкцию по эксплуатации искусственной кожи: вы уже знаете, как она поведет себя, ещё до того, как напечатаете на ней. Адарш Сомаяджи, первый автор исследования и доктор технических наук, объясняет, что
«Этот подход открывает путь к более реалистичным моделям обучения хирургии, что в конечном итоге может улучшить результаты лечения».
Инновация заключается в микрокапсулах. В процессе 3D-печати система использует небольшие сферы, заполненные красной жидкостью, имитирующей кровь. Эти капсулы не высыхают и не мешают процессу печати. Когда хирург разрезает ткань, жидкость вытекает, как и в случае с настоящей кожей. 3D-печать в медицине Прогресс продолжается: от тренировочных тканей до имплантатов, печатаемых непосредственно в теле.
Хирурги предпочитают новую синтетическую кожу
В рамках предварительного исследования новые напечатанные ткани были подвергнуты испытанию. Хирурги сравнили их с традиционными моделями: жёсткими, простыми, которые, судя по всему, сделаны из пластика. Каков же вердикт? Новые ткани побеждают по всем фронтам.
Тактильная обратная связь превосходна. Реакция на разрез более реалистична. Когда скальпель погружается в материал, ощущается сопротивление. Когда он выходит, ощущается освобождение. И появляется кровь. Это не так идеально, как человеческая кожа, но достаточно близко, чтобы иметь значение в операционной. Исследователи опубликовали результаты данные показывают измеримые улучшения в хирургической подготовке.
Команда из Миннесоты не останавливается на достигнутом. Следующие шаги включают создание различных форм, имитирующих другие органы, разработку бионических органов и использование материалов, реагирующих на передовые хирургические инструменты, такие как электрокоагуляция. Это метод, использующий тепло для удаления небольших новообразований. Необходима синтетическая кожа, которая также реагирует на это воздействие.
Почему синтетическая кожа меняет медицинское образование
Обучение хирургов всегда сталкивалось с проблемой: как практиковать без реальных пациентов? Традиционные манекены статичны, предсказуемы и не обладают реалистичной обратной связью. Трупы дают реальную анатомию, но их сложно получить, и они поднимают этические вопросы. Современные искусственные кожи разработанный в Италии Сант'Аннская школа повышения квалификации показывают, что исследования этих материалов быстро расширяются.
Синтетическая кожа, напечатанная на 3D-принтере, решает часть проблемы. Она предлагает компромисс: это не кожа настоящего пациента, но она ведёт себя достаточно похоже, чтобы подготовить хирургов к реальным ситуациям. Можно резать, накладывать швы и прижигать. И материал реагирует. Он кровоточит, деформируется и реагирует на давление.
Финансирование Министерства обороны США Это не совпадение. Хирургическая подготовка критически важна для военной медицины, где врачам приходится работать в экстремальных условиях. Наличие реалистичных моделей позволяет спасать больше жизней в полевых условиях. Исследование проводилось совместно с Инициатива MnDRIVE Университета Миннесоты по робототехнике, датчикам и передовому производству, а также с Миннесотский наноцентр.
Будущее печатной синтетической кожи
Технология многообещающая, но у нее есть ограничения. Сомаяджи признаёт, что «остаются трудности с масштабированием процесса». На данный момент метод хорошо работает для сценарии обучения с низким объемом и высокой сложностью. Он пока не готов к массовому производству.
Команда работает с Лаборатория CREST и Ван Лаб о 'Вашингтонский университет для расширения возможностей. Цель? Создать библиотеку тканей для печати: сердца, печени, почек, каждая со своими механическими свойствами. И, возможно, когда-нибудь функционирующие бионические органы которые можно имплантировать пациентам.
Путь долог. Но пока у хирургов есть на чём тренироваться. Синтетическая кожа, пусть и не идеальная, но достаточно близкая к реальности, чтобы иметь значение. А когда скальпель проникает в кожу и поступает искусственная кровь, процесс становится чуть менее симуляционным и чуть более реалистичным. Это лучше, чем приходить в операционную с руками, не зная, чего ожидать.
