Технологія тривимірного друку допомогла вижити трьом новонародженим - імплантати, надруковані на 3D-принтері, підтримували дитячі бронхи в робочому стані до тих пір, поки вони не почали працювати самі.
Багато хто напевно пам'ятає розповідь Михайла Булгакова «Сталеве горло»: у ньому сільський лікар розсікає горло дівчинці з важкою формою дифтерії і вставляє в трахею металеву трубку. Хвороба викликала сильне звуження верхнього відділу гортані, і потрібно було зробити так, щоб дівчинка не задихнулася. Така процедура називається трахеостомія, і вона носить тимчасовий характер - в тому сенсі, що ніхто потім не ходить все життя з дірою в шиї і залізною трубкою в ній, однак після того, як лікар це зробив, серед місцевих жителів пішов слух, що дівчинка обзавелася сталевим горлом.
А ось у випадку хірургів і біоінженерів з Мічиганського університету такий слух частково відповідав би істині - з тією різницею, тут вже мова йде не про горло, а про бронхи, для яких лікарі зробили штучні хрящі з полімерного біосумісного матеріалу.
Діти, яким вживили імплантат, страждали від досить рідкісного захворювання під назвою трахеобронхомаляція, коли розм'якшуються хрящі трахеї та/або бронхів. Вона трапляється приблизно у однієї дитини з 2000, і ніякої терапії проти неї досі не придумали. Оскільки хрящі не підтримують дихальні шляхи, вони можуть схлопнутися від чого завгодно - наприклад, від того, що дитина різко поворухнулася або її почали пеленати. Дітям доводиться давати ще заспокійливі препарати, щоб вони не були дуже активні, а щоб якось уникнути смерті від задухи, їм доводиться робити ще й штучну вентиляцію легень - дитина постачають дихальними трубками, що входять в хірургічний надріз на шиї, щоб через них в будь-який момент можна було включити подачу повітря. Через все це виникають ще й додаткові ускладнення при прийомі їжі. В результаті діагноз тут практично рівносильний смертному вироку: майже ніхто з дітей з трахеобронхомаляцією не живе більше року або півтора.
Вирішенням проблеми могла б стати конструкція, що підтримує стінки дихальних шляхів, щось на зразок штучного хряща або шини. Саме такі пристосування і були зроблені: трьом хворим дітям на уражені місця бронхів поставили полікапролактонові «хрящі». Але товщина, діаметр, рельєф та інші параметри стінок дихальних шляхів у всіх людей різні, крім того, чи можна їх взагалі відтворити у всіх тонкощах? І тут на допомогу прийшов 3D-принтер.
Зараз 3D-друк переживає справжній бум, ентузіасти кажуть, що з її допомогою в перспективі можна буде швидко і дешево робити все, що завгодно. Метод «пішов у народ», деякі умільці навіть встигли налагодити друк вогнепальної зброї прямо у себе вдома. (Прецедент був створений в США три роки тому і настільки налякав владі, що у Філадельфії навіть з'явився закон, що забороняє виготовлення зброї таким способом.)
3D-принтери можуть працювати з різними матеріалами: з пластмасами, з металом, зі склом і навіть з живими клітинами. Наприклад, через такий друк можна провести ембріональні стовбурові клітини людини, причому 89% клітин залишаються в живих через три доби після процедури, не втрачаючи своїх «стовбурових» здібностей. Не так давно групі дослідників з Кембриджу вдалося зробити щось подібне відразу з двома типами клітин очної сітківки: гангліонарні та гліальні клітини, що складають один з її шарів, пройшли через біопринтер і залишилися в живих.
Але штучний хрящ створювали не з біологічного матеріалу, не з клітин і білків, а, як ми вже сказали, з полікапролактону. Тривимірний друк дозволяє відтворити найменші особливості моделі, а саму модель можна сконструювати за допомогою томографічного сканування. Першу операцію зробили ще в 2012 році 3-місячному Кайбе Джонфріддо, наступними стали 5-місячний Іен Орбіч і Гарретт Петерсон 16 місяців від роду. Роберт Моррісон (Robert Morrison) і його колеги докладно описують свої результати в Science Translational Medicine: поспостерігавши за дітьми, лікарі переконалися, що пристосування прекрасно працюють, проблем з диханням у дітей не було, а самі штучні хрящі були зроблені так, щоб не заважати швидкому зростанню бронхів. Імплантати могли змінювати форму разом з живими тканинами і навіть розтягуватися в міру потреби, тому їх навіть назвали не 3D-, а 4D-імплантатами.
Трахеобронхомаляція небезпечна саме для новонароджених - у віці 2-3 років дихальні шляхи стають досить широкими і товстими, щоб самим протистояти хворобі. Проблема в тому, що майже ніхто не доживає до такого віку: бронхи маленьких дітей занадто тонкі і легко злипаються за відсутності додаткової підтримки. Штучні трубки з пористого полікапролактону якраз і потрібні для того, щоб деякий час підтримувати бронхи в робочому стані і одночасно не заважати їм рости. Сам імплантат згодом розсмоктується без сліду - як, наприклад, у Кайбе Джонфріддо, який якраз досяг віку, коли його бронхам вже не потрібна ніяка стороння допомога.
Про 3D-друк давно говорять, що вона може знайти найширше застосування медицині, що з її допомогою можна створювати і протези, і імплантати різного ступеня складності, і цілі органи. Історія про трьох дітей з трахеобронхомаляцією поки що перший приклад того, як 3D-принтер в буквальному сенсі врятував людське життя, і хотілося б сподіватися, що надалі найбільшу увагу буде приділено не військово-збройовим, а саме медичним можливостям цієї чудової технології.