臨床醫(yī)生針對癌癥患者的3D打印自定義放射屏蔽罩
魔猴君 行業(yè)資訊 1320天前
達(dá)納-法伯癌癥研究所,布里格姆婦女醫(yī)院,麻省總醫(yī)院和麻省理工學(xué)院的臨床醫(yī)生開發(fā)了一種新穎的3D打印屏蔽罩,可在放射治療期間保護(hù)癌癥患者的健康組織。通過使用患者的CT掃描和高原子序數(shù)的材料,該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠3D打印定制的設(shè)備,以防止由γ和X射線引起的胃腸道或口腔組織毒性。如果用于治療頭,頸或前列腺癌患者,科學(xué)家們相信他們的屏蔽可以分別將口腔和胃部的輻射減少多達(dá)30%和15%,而不會降低對腫瘤的劑量。
“當(dāng)我們用放射線治療患者時(shí),這是一個很好的平衡。我們希望以最大的劑量來使腫瘤縮小而不對健康組織造成損害,” MGH布里格姆和達(dá)納-法伯癌癥研究所的放射腫瘤學(xué)資深住院醫(yī)師James Byrne說。 “我們通過該項(xiàng)目的目標(biāo)是找到一種創(chuàng)新的解決方案,為患者提供個性化的保護(hù)。這種個性化的方法可能適用于各種癌癥,并具有降低我們患者輻射傷害和毒性負(fù)擔(dān)的潛力?!?/span>
治療輻射毒性
據(jù)統(tǒng)計(jì),所有癌癥患者中有一半以上將接受某種形式的放射療法,但是盡管這種療法可以有效殺死腫瘤細(xì)胞,但也會對其他健康組織產(chǎn)生毒性。僅在美國,每年就有超過200,000名患者遭受輻射誘發(fā)的口腔粘膜炎,食道炎和直腸炎,有時(shí)發(fā)作的次數(shù)足以使他們完全停止治療。
當(dāng)前,醫(yī)生傾向于使用物理墊片來預(yù)防粘膜炎,但是這些墊片通常只能提供有限的保護(hù),甚至可能導(dǎo)致其他副作用。為了減少放射療法的發(fā)病率而不限制其療效,研究小組因此確定了對患者特定的屏蔽的需求,以使治療更加可口,從而提高患者的依從性并最終提高他們的生存機(jī)會。研究共同作者喬瓦尼·特拉弗索說:“要求腸胃病學(xué)專家咨詢一個案例,以支持正在食道,小腸或胃腸道其他任何地方出現(xiàn)放射副作用的患者。幾年前,我和詹姆斯開始集思廣益,如果我們能開發(fā)出一種能夠保護(hù)輻射場中大部分正常組織的防護(hù)罩,那該怎么辦?”
研究人員的3D打印屏蔽被發(fā)現(xiàn)可將動物測試對象內(nèi)的輻射暴露降低多達(dá)30%。
圖片來自喬瓦尼·特拉沃索(Giovanni Traverso)。
防輻射3D打印
鑒于輻射誘導(dǎo)的毒性通常在口腔癌,肺癌和前列腺癌患者中最高,因此臨床研究人員選擇開發(fā)專門設(shè)計(jì)用于保護(hù)這些區(qū)域組織的屏蔽。但是,在他們開始著手3D打印其輻射防護(hù)設(shè)備之前,科學(xué)家們需要為任務(wù)確定最佳的'高Z材料基地。最初的測試涉及將各種合金和塑料暴露于6 MV光子輻射中,結(jié)果表明元素材料提供了最高的衰減,從而導(dǎo)致該團(tuán)隊(duì)研發(fā)出含鉛和鉍的樹脂。配制好原料后,科學(xué)家們利用診斷“ DICOM” CT掃描創(chuàng)建了多只不同實(shí)驗(yàn)大鼠的口腔,腸和直腸的精確3D模型。
有趣的是,生成的模型揭示了測試患者解剖結(jié)構(gòu)的巨大差異,并使科學(xué)家們可以個性化每種設(shè)備,使其能夠舒適地插入并優(yōu)化其輻射防護(hù)。然后使用Formlabs Form 2 3D打印機(jī)制造屏蔽本身,然后將其口服插入七個樣本中,以保護(hù)通常有放射毒性風(fēng)險(xiǎn)的50%的組織。
研究人員的四步輻射屏蔽生產(chǎn)過程。圖片來自《先進(jìn)科學(xué)》雜志。
雖然有七只未屏蔽的大鼠發(fā)展出輻射誘發(fā)的舌潰瘍,但七只受保護(hù)的測試對象完全沒有副作用。在隨后的實(shí)驗(yàn)中,將一組類似的口腔內(nèi),食道和直腸裝置插入豬標(biāo)本中,以減少腸道輻射達(dá)15%,口腔頰粘膜內(nèi)毒性降低30%,而不會影響腫瘤劑量。
與傳統(tǒng)的水凝膠墊片相比,臨床醫(yī)生還得出結(jié)論,他們的設(shè)備成本降低了40%左右,同時(shí)具有相同水平的功效。結(jié)果,研究小組得出結(jié)論,盡管在屏蔽物進(jìn)入人體試驗(yàn)之前需要進(jìn)行進(jìn)一步評估,但其概念仍有望在將來最終應(yīng)用,以減少各種不同癌癥患者的放射療法副作用。
研究人員在論文中總結(jié)道:“個性化的3D打印放射防護(hù)設(shè)備在降低臨床環(huán)境中的輻射毒性方面可能具有巨大的潛力。這種個性化方法可能適用于對放射療法有反應(yīng)的多種癌癥,包括頭頸癌,肺癌,前列腺癌,肛門癌,皮膚癌和婦科癌,肉瘤和淋巴瘤?!?/span>
3D打印的緩解癌癥設(shè)備
通過結(jié)合3D打印和掃描技術(shù),現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更容易生產(chǎn)針對患者的設(shè)備,從而減輕癌癥患者的痛苦。浦項(xiàng)科技大學(xué)(POSTECH)的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出3D打印的食道支架,該支架旨在減輕放射治療患者的吞咽困難。 將來,POSTECH團(tuán)隊(duì)相信他們的設(shè)備可以裝載細(xì)胞以治療組織特異性炎癥,或用于解決日常傷害,例如割傷或燒傷。同樣,Adaptiiv Medical Technologies的軟件通常部署到3D打印腫瘤學(xué)設(shè)備上,該設(shè)備能夠調(diào)節(jié)輻射劑量以解決患者組織缺失的問題。
在其他地方,漢陽大學(xué)的科學(xué)家也使用增材制造來制造高效的伽馬輻射探測器。在測試過程中,該團(tuán)隊(duì)的新型設(shè)備展示了與商用閃爍器相似的衰減時(shí)間和固有檢測效率,使其在需要快速檢測的領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
研究人員的發(fā)現(xiàn)在其題為《胃腸道粘膜保護(hù)的個性化輻射衰減材料》的論文中得到了詳細(xì)說明。
地址來源:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202100510。