Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 258: как и зачем печатать силиконовую модель сосудов мозга
Ученые из Медицинского колледжа университета Флориды совместно с факультетом материаловедения и инженерии разработали реалистичную и персонализированную 3D-печать кровеносных сосудов мозга, используя в качестве исходного материала силикон. Используя эту осязаемую модель нейрохирурги во время предоперационного моделирования смогут уменьшить ошибки при реальных манипуляциях. Исследование опубликовано в Science.
На сегодняшний день метод моделирования мозга пациента перед операцией распространён в нейрохирургических практиках. Однако современные модели не позволяют достоверно оценить кровеносную сеть мозга, так как исключают анатомически и морфологически важные сосудистые компоненты, определяющие ход операции.
Американские исследователи предположили, что печать 3D-моделей с мягкой на ощупь и высокоточной структурой позволит нейрохирургам выйти на новый уровень планирования и проведения самых сложных операций.
Традиционная 3D-печать — это процесс укладки слой за слоем расплавленного пластика, который затвердевает по мере создания самонесущей конструкции. К сожалению, многие мягкие материалы, например силикон, не плавятся и не затвердевают так, как пластиковая нить, которую обычно используют 3D-принтеры. Для решения данной проблемы исследователи разработали новый подход 3D-печати, называемый встроенной 3D-печатью. С помощью этой техники мягкий материал осаждается внутри сосуда из поддерживающего вещества, предназначенного для удерживания основной структуры на месте сразу после удаления поддерживающего материала.
Однако за счет того, что жидкий силикон — это гидрофобный материал, а большинство поддерживающих материалов на водной основе, между ними создается межфазное натяжение, приводящее к деформации силиконовых структур и таким образом затрудняющее печать с использованием силикона.
Для того чтобы решить проблему межфазного натяжения ученые разработали материал-подложку из силиконового масла. В результате того, что силиконовые чернила имеют химически схожее строение с силиконовым поддерживающим материалом, межфазное натяжение значительно снижается, при этом незначительные отличия в структуре веществ делают 3D-печать возможной. Новый метод получил название «аддитивное производство при сверхнизком межфазном натяжении» (AMULIT, additive manufacturing at ultra-low interfacialtension).
Использование подобной технологии позволило печатать модели кровеносных сосудов головного мозга реальных пациентов с высокой разрешающей способностью, при этом размерами до 8 микрометров. Исследователи уверены, что введение 3D-печати с использованием силикона и технологии AMULITв предоперационную практику нейрохирургических отделений будет способствовать более точному прогнозированию хода операции, а также снизит риск постоперационных осложнений.
Текст: Сергей Глебов
Senthilkumar Duraivel et al, A silicone-based support material eliminates interfacial instabilities in 3D silicone printing, Science (2023). DOI: 10.1126/science.ade4441