臨床醫(yī)生針對(duì)癌癥患者的3D打印自定義放射屏蔽罩

魔猴君  行業(yè)資訊   1286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(huì)降低對(duì)腫瘤的劑量。

“當(dāng)我們用放射線治療患者時(shí)，這是一個(gè)很好的平衡。我們希望以最大的劑量來使腫瘤縮小而不對(duì)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(gè)性化的保護(hù)。這種個(gè)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。”

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(huì)對(duì)其他健康組織產(chǎn)生毒性。僅在美國(guó)，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(duì)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(huì)。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(gè)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(chǎng)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(dòng)物測(cè)試對(duì)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(cè)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(cè)試患者解剖結(jié)構(gòu)的巨大差異，并使科學(xué)家們可以個(gè)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(gè)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(cè)試對(duì)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(huì)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(píng)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(gè)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(gè)性化方法可能適用于對(duì)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。”

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(duì)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(cè)器。在測(cè)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(cè)效率，使其在需要快速檢測(cè)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(gè)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。