Технология трёхмерной печати помогла выжить трём новорождённым – имплантаты, напечатанные на 3D-принтере, поддерживали детские бронхи в рабочем состоянии до тех пор, пока они не начали работать сами.

Многие наверняка помнят рассказ Михаила Булгакова «Стальное горло»: в нём деревенский врач рассекает горло девочке с тяжёлой формой дифтерии и вставляет в трахею металлическую трубку. Болезнь вызвала сильное сужение верхнего отдела гортани, и нужно было сделать так, чтобы девочка не задохнулась. Такая процедура называется трахеостомия, и она носит временный характер – в том смысле, что никто потом не ходит всю жизнь с дырой в шее и железной трубкой в ней, однако после того, как врач это сделал, среди местных жителей пошёл слух, что девочка обзавелась стальным горлом.

Схема трахеи, бронхов и бронхиол человека. (Фото Science Picture Co. / Corbis.)

Томографический снимок, сделанный для создания трёхмерной модели бронхов, по которой можно было бы напечатать поддерживающий имплантат. (Фото Morrison et al. / Science Translational Medicine.)

Трёхмерная модель имплантата на бронхе. (Фото Morrison et al. / Science Translational Medicine.)

Один из напечатанных на 3D-принтере имплантатов. (Фото Morrison et al. / Science Translational Medicine.)

Жизни «пациента номер один», Кайбе Джонфриддо, уже ничего не угрожает. (Фото U-M Health System Department of Communication.)

А вот в случае хирургов и биоинженеров из Мичиганского университета такой слух отчасти соответствовал бы истине – с той разницей, тут уже речь идёт не о горле, а о бронхах, для которых врачи сделали искусственные хрящи из полимерного биосовместимого материала.

Дети, которым вживили имплантат, страдали от довольно редкого заболевания под названием трахеобронхомаляция, когда размягчаются хрящи трахеи и/или бронхов. Она случается примерно у одного ребёнка из 2 000, и никакой терапии против неё до сих пор не придумали. Поскольку хрящи не поддерживают дыхательные пути, они могут схлопнуться от чего угодно – например, от того, что ребёнок резко пошевелился или его начали пеленать. Детям приходится давать ещё успокаивающие препараты, чтобы они не были слишком активны, а чтобы как-то избежать смерти от удушья, им приходится делать ещё и искусственную вентиляцию лёгких – ребёнка снабжают дыхательными трубками, входящими в хирургический надрез на шее, чтобы через них в любой момент можно было включить подачу воздуха. Из-за всего этого возникают ещё и дополнительные осложнения при приёме пищи. В результате диагноз здесь практически равносилен смертному приговору: почти никто из детей с трахеобронхомаляцией не живёт больше года или полутора. 

Решением проблемы могла бы стать конструкция, поддерживающая стенки дыхательных путей, что-то вроде искусственного хряща или шины. Именно такие приспособления и были сделаны: трём больным детям на поражённые места бронхов поставили поликапролактоновые «хрящи». Но толщина, диаметр, рельеф и прочие параметры стенок дыхательных путей у всех людей разные, кроме того, можно ли их вообще воспроизвести во всех тонкостях? И здесь на помощь пришёл 3D-принтер.

Сейчас 3D-печать переживает настоящий бум, энтузиасты говорят, что с её помощью в перспективе можно будет быстро и дёшево делать всё, что угодно. Метод «пошёл в народ», некоторые умельцы даже успели наладить печать огнестрельного оружия прямо у себя дома. (Прецедент был создан в США три года назад и настолько напугал власти, что в Филадельфии даже появился закон, запрещающий изготовление оружия таким способом.)

3D-принтеры могут работать с самыми разными материалами: с пластмассами, с металлом, со стеклом и даже с живыми клетками. Например, через такую печать можно провести эмбриональные стволовые клетки человека, причём 89% клеток остаются в живых спустя трое суток после процедуры, не утрачивая своих «стволовых» способностей. Не так давно группе исследователей из Кембриджа удалось сделать нечто подобное сразу с двумя типами клеток глазной сетчатки: ганглионарные и глиальные клетки, составляющие один из её слоёв, прошли через биопринтер и остались в живых.  

Но искусственный хрящ создавали не из биологического материала, не из клеток и белков, а, как мы уже сказали, из поликапролактона. Трёхмерная печать позволяет воссоздать малейшие особенности модели, а саму модель можно сконструировать с помощью томографического сканирования. Первую операцию сделали ещё в 2012 году 3-месячному Кайбе Джонфриддо, следующими стали 5-месячный Иэн Орбич и Гарретт Петерсон 16 месяцев от роду. Роберт Моррисон (Robert Morrison) и его коллеги подробно описывают свои результаты в Science Translational Medicine: понаблюдав за детьми, врачи убедились, что приспособления прекрасно работают, проблем с дыханием у детей не было, а сами искусственные хрящи были сделаны так, чтобы не мешать быстрому росту бронхов. Имплантаты могли менять форму вместе с живыми тканями и даже растягиваться по мере надобности, потому их даже назвали не 3D-, а 4D-имплантатами.

Трахеобронхомаляция опасна именно для новорождённых – в возрасте 2-3 лет дыхательные пути становятся достаточно широкими и толстыми, чтобы самим противостоять болезни. Проблема в том, что почти никто не доживает до такого возраста: бронхи маленьких детей слишком тонкие и легко слипаются в отсутствие дополнительной поддержки. Искусственные трубки из пористого поликапролактона как раз и нужны для того, чтобы некоторое время поддерживать бронхи в рабочем состоянии и одновременно не мешать им расти. Сам имплантат впоследствии рассасывается без следа – как, например, у Кайбе Джонфриддо, который как раз достиг возраста, когда его бронхам уже не нужна никакая посторонняя помощь.

Про 3D-печать давно говорят, что она может найти самое широкое применение медицине, что с её помощью можно создавать и протезы, и имплантаты разной степени сложности, и целые органы. История про трёх детей с трахеобронхомаляцией пока что первый пример того, как 3D-принтер в буквальном смысле спас человеческую жизнь, и хотелось бы надеяться, что в дальнейшем наибольшее внимание будет уделено не военно-оружейным, а именно медицинским возможностям этой замечательной технологии.