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临床医生针对癌症患者的3D打印自定义放射屏蔽罩

时间:2021-05-11 08:35 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
      中国3D打印网5月11日讯,达纳-法伯癌症研究所,布里格姆妇女医院,麻省总医院和麻省理工学院的临床医生开发了一种新颖的3D打印屏蔽罩,可在放射治疗期间保护癌症患者的健康组织。通过使用患者的CT扫描和高原子序数的材料,该团队已经能够3D打印定制的设备,以防止由γ和X射线引起的胃肠道或口腔组织毒性。如果用于治疗头,颈或前列腺癌患者,科学家们相信他们的屏蔽可以分别将口腔和胃部的辐射减少多达30%和15%,而不会降低对肿瘤的剂量。
       “当我们用放射线治疗患者时,这是一个很好的平衡。我们希望以最大的剂量来使肿瘤缩小而不对健康组织造成损害,” MGH布里格姆和达纳-法伯癌症研究所的放射肿瘤学资深住院医师James Byrne说。 “我们通过该项目的目标是找到一种创新的解决方案,为患者提供个性化的保护。这种个性化的方法可能适用于各种癌症,并具有降低我们患者辐射伤害和毒性负担的潜力。”
  治疗辐射毒性
         据统计,所有癌症患者中有一半以上将接受某种形式的放射疗法,但是尽管这种疗法可以有效杀死肿瘤细胞,但也会对其他健康组织产生毒性。仅在美国,每年就有超过200,000名患者遭受辐射诱发的口腔粘膜炎,食道炎和直肠炎,有时发作的次数足以使他们完全停止治疗。
        当前,医生倾向于使用物理垫片来预防粘膜炎,但是这些垫片通常只能提供有限的保护,甚至可能导致其他副作用。为了减少放射疗法的发病率而不限制其疗效,研究小组因此确定了对患者特定的屏蔽的需求,以使治疗更加可口,从而提高患者的依从性并最终提高他们的生存机会。研究共同作者乔瓦尼·特拉弗索说:“要求肠胃病学专家咨询一个案例,以支持正在食道,小肠或胃肠道其他任何地方出现放射副作用的患者。几年前,我和詹姆斯开始集思广益,如果我们能开发出一种能够保护辐射场中大部分正常组织的防护罩,那该怎么办?”
研究人员的3D打印屏蔽被发现可将动物测试对象内的辐射暴露降低多达30%
 研究人员的3D打印屏蔽被发现可将动物测试对象内的辐射暴露降低多达30%。图片来自乔瓦尼·特拉沃索(Giovanni Traverso)。
  防辐射3D打印
          鉴于辐射诱导的毒性通常在口腔癌,肺癌和前列腺癌患者中最高,因此临床研究人员选择开发专门设计用于保护这些区域组织的屏蔽。但是,在他们开始着手3D打印其辐射防护设备之前,科学家们需要为任务确定最佳的'高Z材料基地。最初的测试涉及将各种合金和塑料暴露于6 MV光子辐射中,结果表明元素材料提供了最高的衰减,从而导致该团队研发出含铅和铋的树脂。配制好原料后,科学家们利用诊断“ DICOM” CT扫描创建了多只不同实验大鼠的口腔,肠和直肠的精确3D模型。
        有趣的是,生成的模型揭示了测试患者解剖结构的巨大差异,并使科学家们可以个性化每种设备,使其能够舒适地插入并优化其辐射防护。然后使用Formlabs Form 2 3D打印机制造屏蔽本身,然后将其口服插入七个样本中,以保护通常有放射毒性风险的50%的组织。
研究人员的四步辐射屏蔽生产过程
  研究人员的四步辐射屏蔽生产过程。图片来自《先进科学》杂志。

      虽然有七只未屏蔽的大鼠发展出辐射诱发的舌溃疡,但七只受保护的测试对象完全没有副作用。在随后的实验中,将一组类似的口腔内,食道和直肠装置插入猪标本中,以减少肠道辐射达15%,口腔颊粘膜内毒性降低30%,而不会影响肿瘤剂量。

      与传统的水凝胶垫片相比,临床医生还得出结论,他们的设备成本降低了40%左右,同时具有相同水平的功效。结果,研究小组得出结论,尽管在屏蔽物进入人体试验之前需要进行进一步评估,但其概念仍有望在将来最终应用,以减少各种不同癌症患者的放射疗法副作用。
        研究人员在论文中总结道:“个性化的3D打印放射防护设备在降低临床环境中的辐射毒性方面可能具有巨大的潜力。这种个性化方法可能适用于对放射疗法有反应的多种癌症,包括头颈癌,肺癌,前列腺癌,肛门癌,皮肤癌和妇科癌,肉瘤和淋巴瘤。”
  3D打印的缓解癌症设备
         通过结合3D打印和扫描技术,现在比以往任何时候都更容易生产针对患者的设备,从而减轻癌症患者的痛苦。浦项科技大学(POSTECH)的科学家已经开发出3D打印的食道支架,该支架旨在减轻放射治疗患者的吞咽困难。 将来,POSTECH团队相信他们的设备可以装载细胞以治疗组织特异性炎症,或用于解决日常伤害,例如割伤或烧伤。同样,Adaptiiv Medical Technologies的软件通常部署到3D打印肿瘤学设备上,该设备能够调节辐射剂量以解决患者组织缺失的问题。
        在其他地方,汉阳大学的科学家也使用增材制造来制造高效的伽马辐射探测器。在测试过程中,该团队的新型设备展示了与商用闪烁器相似的衰减时间和固有检测效率,使其在需要快速检测的领域具有潜在的应用前景。
     研究人员的发现在其题为《胃肠道粘膜保护的个性化辐射衰减材料》的论文中得到了详细说明,地址:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202100510。

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