医疗和牙科

临床医生3D打印定制癌症患者的汽油辐射屏蔽

临床医生达纳 - 前癌症研究所布里格姆和女子医院马萨诸塞州综合医院,麻省理工学院开发了一种新型的3D印刷屏蔽,可在放射治疗期间保护癌症患者的健康组织。

使用患者CT扫描和高原子数材料,该团队能够3D打印定制的设备,可防止伽马和X射线诱导的胃肠或口腔组织中的辐射毒性。如果用来治疗头部,颈部或前列腺癌患者,科学家认为他们的屏蔽可以帮助将口腔和胃的辐射分别减少30%和15%,而不会使肿瘤的用量降低。

“当我们用放射治疗患者时,这是一个很好的平衡。我们想要给药最大的剂量,以缩小肿瘤而不损害健康组织,”James Byrne说,他是布里格姆,MGH和Dana-Farber癌症研究所放射肿瘤学高级住院医师。“通过这个项目,我们的目标是找到一种创新的解决方案,为患者提供个性化保护。”

“这种个性化的方法可以适用于各种癌症,并有可能减少放射损伤和患者毒性的负担。”

治疗辐射毒性

统计上,超过一半的癌症患者将经历某种形式的放射治疗,但是在治疗有效杀死肿瘤细胞时,它也会对其他健康组织引起毒性。在美国单独,超过200,000名患者每年患有辐射诱导的口腔粘膜炎,食管炎和预科炎,有时候足够严重,使他们完全停止治疗。

目前,医生倾向于使用物理垫片试图防止粘液炎,但这些经常提供有限的保护,甚至可以导致额外的副作用。为了减少放射治疗的发病率而不限制其效力,因此该团队已经确定了对患者特异性屏蔽的需要,使治疗更加卑鄙,从而改善患者粘附,最终他们存活的机会。

“胃肠科学家被要求咨询案件并不罕见,以支持患者正在经历辐射在食道,小肠或胃肠道的其他任何地方的副作用的患者,”研究共同作者Giovanni Traverso。“几年前,詹姆斯和我开始头脑风暴 - 如果我们能够开发一个可以帮助保护辐射场中的大部分正常组织的屏蔽怎么办?”

研究人员3D印刷屏蔽的图。
研究人员发现,3D打印的屏蔽可以使动物实验对象的辐射暴露减少30%。图像通过giovanni traverso。

辐射防护剂3D印刷

考虑到辐射引起的毒性通常在口腔、肺部和前列腺癌患者中最高,临床研究人员选择开发专门设计的保护这些区域组织的防护。然而,在3D打印辐射防护装置之前,科学家们需要确定这项任务的最佳“高z材料基础”。

初始测试,涉及将各种合金和塑料暴露于6mV的光子辐射,揭示了元素材料提供了最高的衰减,导致团队开发铅和铋加载的树脂。一旦他们制定了他们的原料,科学家们使用诊断'DICOM'CT扫描,以创建多个不同实验室大鼠的口腔,肠和直肠的准确3D模型。

有趣的是,这些模型揭示了受试患者的解剖结构存在巨大差异,并允许科学家个性化每一个设备,使它们舒适地插入,并优化其辐射防护。然后用一个Formlabs.形成2个3D打印机,并口服插入七个标本,目的是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。通过高级科学杂志。

虽然七只无屏蔽大鼠发育辐射诱导的舌溃疡,但七个受保护的受试者根本没有副作用。在后来的实验期间,将类似的口腔口腔食管和直肠装置插入猪样本中,该试剂用于将肠道辐射降低至15%,口腔口腔粘膜内的毒性30%,而不会影响肿瘤剂量。

与传统的水凝胶垫片相比,临床医生还发现,他们的设备在提供相同疗效水平的同时,成本降低了约40%。因此,该团队得出结论,尽管在他们的防护能够进入人体试验之前还需要进一步的评估,但他们的概念在未来仍有可能最终使用,作为一种减少放疗对不同癌症患者的副作用的手段。

“个性化3D印刷的辐射防护装置可能具有减少临床环境中的辐射毒性的潜力,”研究人员在纸上结束。“这种个性化方法可以适用于响应放射治疗的各种癌症,包括头部和颈部,肺,前列腺,肛门,皮肤和妇科癌症,肉瘤和淋巴瘤。”

3D打印癌症缓解设备

通过结合3D打印和扫描技术,现在可以比以往任何时候都更容易生产患者特定的设备,以缓解正在进行癌症治疗的人的痛苦。科学家们浦项科技大学(POSTECH)开发了3D打印食管支架,这旨在缓解放疗患者的吞咽症。

未来,Postech团队认为,他们的设备可以用细胞装载,以治疗组织特异性炎症或用于解决日常伤害,如削减或烧伤。与此相类似,Adaptiiv医疗技术”软件通常部署到3D打印肿瘤设备,能够调节辐射剂量,以弥补患者组织缺失。

在其他地方,科学家也使用添加剂制造汉阳大学创造高效伽马辐射探测器。在测试期间,团队的新颖设备已经向商业闪烁体展示了类似的衰减时间和内在的检测效率,在需要快速检测的区域中借鉴IT潜在的应用。

研究人员的调查结果在题为“用于胃肠粘膜保护的个性化辐射衰减材料”。

该研究由James D. Byrne,Cameron C. Young,Jacqueline N. Cu,Jennifer Pursley,Mu Xian Chen,Adam J.Ventworth,Anrie Feng,Ameya R. Kirtane,Kyla A. Remillard,Cindy I.汉克州汉克斯·布哈瓦特,尼科尔·马丘拉多,蒂芙尼华,暹罗·塔康,欢乐柯林斯,柯林岛,Keiko Ishida,Alison Hayward,Sarah L. Becker,Samantha K. Edgington,Jonathan D. Schoenfeld,威廉R.·杰克,下巴赫尔和戈兰·德拉弗罗。

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特色图片显示了研究人员的3D印刷屏蔽的图。图像通过giovanni traverso。

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