Τρισδιάσταση εκτύπωση οργάνων: Τα πλεονεκτήματα του 3D Printing στη θεραπεία ασθενών

Το άρθρο συνυπογράφουν ο κ. Βασίλειος Ν. Παπαδόπουλος* και ο Δρ. Αλέξανδρος Γιακουστίδης**

Τα τελευταία χρόνια η τεχνολογία της τρισδιάστατης εκτύπωσης (3D Printing) έχει συγκεντρώσει τα βλέμματα της παγκόσμιας επιστημονικής κοινότητας. O Chuck Hull το 1983 εφηύρε την τρισδιάστατη εκτύπωση. Aπό τότε μέχρι σήμερα έχει σημειωθεί τεράστια πρόοδος στο πεδίο αυτό και κατά αρκετούς η 3D εκτύπωση αποτελεί μία από τις τεχνολογίες της 4ης βιομηχανικής επανάστασης.

Οι χρησιμότητες του 3D Printing στον τομέα της Ιατρικής εκτείνονται σε πολλά πεδία. Αποτελεί πολύ σημαντικό όργανο στην εκπαίδευση των νέων γιατρών και στην προετοιμασία για πολύπλοκες επεμβάσεις. Οι εικόνες δύο διαστάσεων είναι μεν πολύ χρήσιμες, όμως η τρισδιάστατη απεικόνιση αποτελεί μία πιο ρεαλιστική απεικόνιση του οργάνου που πάσχει, αναδεικνύοντας σε περίπτωση όγκου τη σχέση του με τα αγγεία και τους ιστούς που τον περιβάλλουν. Περαιτέρω σημαντικό ρόλο αναμένεται να παίξει η τρισδιάστατη εκτύπωση και στη δημιουργία προσθετικών οργάνων για θεραπευτική χρήση.

Πρόκειται για μία μέθοδο κατασκευής τρισδιάστατων αντικειμένων (3D μοντέλων) μέσω διαδοχικής επίθεσης επάλληλων στρώσεων υλικού (layer-by-layer). Για όγκους π.χ. του ήπατος, απαιτείται ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής με τα συνοδά αναλώσιμα και το κατάλληλο λογισμικό και μία τριφασική αξονική ήπατος, η οποία είναι υψηλής ανάλυσης με απόσταση διαδοχικών τομών ~1mm και παρέχει τη δυνατότητα διαχωρισμού των διαφορετικών δομών εντός του ηπατικού παρεγχύματος (αγγεία και βλάβη).

Μία τέτοια μεγάλη προσπάθεια πραγματοποιείται από την Α’ Πανεπιστημιακή Χειρουργική Κλινική του Α.Π.Θ. του Νοσοκομείου Παπαγεωργίου της Θεσσαλονίκης και το Τμήμα Αγρονόμων Τοπογράφων Μηχανικών (ΤΑΤΜ) της Πολυτεχνικής Σχολής του Α.Π.Θ., σε συνεργασία με το Γενικό Νοσοκομείο Θεσσαλονίκης Παπαγεωργίου, τις εταιρείες CONMET και VIDAVO. Το έργο χρηματοδοτείται από τον Εθνικό φορέα Έρευνας και Τεχνολογίας στο πλαίσιο υλοποίησης του Ερευνητικού Προγράμματος με ακρωνύμιο Liver 3D, υποστηριζόμενο από την Ευρωπαϊκή Ένωση και εθνικούς πόρους μέσω του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα & Καινοτομία (ΕΠΑvΕΚ), και στοχεύει στη συνεργασία ερευνητικών πανεπιστημιακών φορέων και εταιριών για τη μεταφορά τεχνογνωσίας και καινοτομίας.

Θεωρήσαμε χρήσιμο να θέσουμε κάποιες ερωτήσεις στον Καθηγητή Χειρουργικής Α.Π.Θ. κ. Βασίλειο Παπαδόπουλο, Διευθυντή της Α’ Χειρουργικής Κλινικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης.

Α.Γ. : Ποιο είναι κατά τη γνώμη σας το μεγαλύτερο προτέρημα του 3D Printing όσον αφορά τη θεραπεία ασθενών; Πιστεύετε ότι θα τύχει ευρείας χρήσης στο μέλλον;

Β.Π.: Τα πλεονεκτήματα από τη χρήση της 3D εκτύπωσης είναι πολλά, αλλά θα αναφερθώ στα 4 σημαντικότερα.

Το πρώτο και κύριο πλεονέκτημα είναι ότι προσφέρει στους χειρουργούς τον χάρτη «πλοήγησης» ως προς το σημείο που βρίσκεται ο όγκος του ήπατος και ειδικότερα τη σχέση του με τις γύρω σημαντικές ανατομικές δομές, όπως αιμοφόρα αγγεία, χοληφόρα και άλλες δομές κλειδιά (Εικόνα 1). Με τη δυνατότητα να απεικονίζεται ο όγκος με ακρίβεια προεγχειρητικά, επιτρέπεται στη χειρουργική ομάδα να σχεδιάζει και μάλιστα να προσομοιώνει την επέμβαση. Αυτό παρέχει αυξημένη ασφάλεια στον ασθενή, καθώς οδηγεί σε μειωμένη απώλεια αίματος και προστασία ζωτικών δομών.

Εικόνα 1. Τρισδιάστατο μοντέλο της ηπατικής ανατομίας ασθενούς με μεταστατικούς όγκους. Με πράσινο χρώμα διακρίνονται οι όγκοι εντός του παρεγχύματος

Το δεύτερο πλεονέκτημα της μεθόδου είναι η ορθή και λεπτομερής ενημέρωση του ασθενή και των συγγενών του, οι οποίοι αντιλαμβάνονται πληρέστερα την εικόνα της νόσου.

Το τρίτο πλεονέκτημα είναι η εκπαίδευση των φοιτητών και ειδικευομένων. Έχει αποδειχθεί από πολλές μελέτες και από δικές μας ότι οι φοιτητές και οι νέοι ειδικευόμενοι δεν είναι εξοικειωμένοι με τις εικόνες μιας αξονικής ή μαγνητικής τομογραφίας, ενώ αντιλαμβάνονται άμεσα και καλύτερα το 3d εκτυπωμένο μοντέλο.

Το τέταρτο πλεονέκτημα είναι η αξιολόγηση του αποτελέσματος της επέμβασης άμεσα μετεγχειρητικά. Μετά την εκτομή και με τη χρήση ειδικού μηχανισμού απεικόνισης σε φορητή μονάδα (iPAD), γίνονται μετρήσεις, λαμβάνονται φωτογραφίες από τη βλάβη που έχει αφαιρεθεί και ακολουθείται η ίδια διαδικασία ψηφιοποίησης και εκτύπωσης της βλάβης, προκειμένου να συγκριθεί με το αρχικό μοντέλο.  Η μετεγχειρητική αξιολόγηση επικεντρώνεται στη σύγκριση της ογκομετρικής ποσότητας του αφαιρεθέντος κατά την επέμβαση παρεγχύματος σε σχέση με τον καρκινικό όγκο από το ηπατικό 3D μοντέλο.  Στην Εικόνα 2 που ακολουθεί φαίνεται ο αφαιρεθείς όγκος μετά τη χειρουργική επέμβαση και ο αντίστοιχος από την 3D εκτύπωση του ψηφιακού μοντέλου.

Εικόνα 2. Η αφαιρεθείσα βλάβη – καρκινικός όγκος (αριστερά) και ο όγκος που προέκυψε από τη δημιουργία του μοντέλου (πράσινο χρώμα) με τις ογκομετρικές τους διαστάσεις

Α.Γ.: Μπορείτε να μας εξηγήσετε με απλά λόγια το ερευνητικό πρόγραμμα Liver 3D και τη σημασία του;

Β.Π.: Σκοπός του προγράμματος είναι η χρήση τεχνικών ψηφιοποίησης, μοντελοποίησης και τρισδιάστατης αναπαραγωγής ηπατικών μοντέλων ασθενών που πάσχουν από διάφορες ασθένειες του ήπατος (πρωτοπαθείς όγκοι, μεταστατικοί όγκοι  κ.ά.) χρησιμοποιώντας έναν κοινό 3D εκτυπωτή και τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας.

Το ζητούμενο της σύγχρονης χειρουργικής είναι η διεξαγωγή ασφαλών χειρουργικών επεμβάσεων με όσο το δυνατόν λιγότερες επιπλοκές, εφαρμόζοντας τις αρχές της εξατομικευμένης θεραπείας και όλα αυτά εξασφαλίζονται σε μεγάλο βαθμό με την τρισδιάστατη εκτύπωση. Επιπρόσθετα, η 3d εκτύπωση επιτρέπει τη συνολικά καλύτερη αξιολόγηση του ασθενούς, ενώ αποφεύγονται σφάλματα που οφείλονται στον ανθρώπινο παράγοντα, καθώς γίνεται καλύτερος προεγχειρητικός σχεδιασμός της επέμβασης (στρατηγική εκτομής και προσέγγισης του όγκου) σε συνεργασία με άλλες ειδικότητες, όπως αναισθησιολόγους, ηπατολόγους κ.ά.

Α.Γ. : Είναι έτοιμη η Ελλάδα να δεχτεί και να υποστηρίξει την τεχνολογική εξέλιξη που σημειώνεται στον τομέα διαφόρων θεραπευτικών τεχνικών και μεθόδων;

Β.Π.: Σαφώς ναι. Η δοκιμασία της πανδημίας ανέδειξε ανάγκες, δυνατότητες, ποιοτικά χαρακτηριστικά και τον ιδιαίτερο ρόλο της Ιατρικής ως πρωταγωνιστή στον αγώνα κατά του Covid-19, παρέχοντας ελπίδα στην κοινωνία. Δοκιμαζόμενοι συνειδητοποιούμε πιο έντονα ότι η προστασία της δημόσιας υγείας, η παροχή υψηλού επιπέδου υπηρεσιών υγείας, η εκπαίδευση και η έρευνα είναι η πεμπτουσία της Ιατρικής και απαιτητικοί στόχοι που καλούμαστε να υπηρετήσουμε υπό συνεχώς μεταβαλλόμενες συνθήκες.  Είμαι απόλυτα πεπεισμένος ότι μπορούμε να αξιοποιήσουμε τις υπάρχουσες δυνατότητες και να ενισχύσουμε την έρευνα, την καινοτομία, τη διεπιστημονική συνεργασία και την εξωστρέφεια.  Άλλωστε η παροχή υψηλού επιπέδου κλινικού έργου είναι άρρηκτα συνδεδεμένη  με το εκπαιδευτικό και ερευνητικό μας έργο, ενσωματώνοντας τεχνολογίες αιχμής και καινοτόμες θεραπείες.

Ο Βασίλειος Ν. Παπαδόπουλος, Καθηγητής Χειρουργικής

*Ο Βασίλειος Ν. Παπαδόπουλος είναι Καθηγητής Χειρουργικής στο Ιατρικό Τμήμα, Σχολή Επιστημών Υγείας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης & Διευθυντής της Α΄ Χειρουργικής Κλινικής στο Γ.Π.Ν. Παπαγεωργίου. Είναι μέλος 15 Ελληνικών και 9 Διεθνών Επιστημονικών Εταιρειών,   Mέλος του American College of Surgeons, Πρόεδρος της Ιατρικής Εταιρείας Θεσσαλονίκης, Αντιπρόεδρος Χειρουργικής Εταιρείας Βορείου Ελλάδος, Αντιπρόεδρος Ελληνικής Εταιρείας Χειρουργικής Παχέος Εντέρου.

** Ο Δρ. Αλέξανδρος Γιακουστίδης είναι Γενικός Χειρουργός με εξειδίκευση στη χειρουργική ογκολογία ήπατος, παγκρέατος, γαστρεντερικού και στη λαπαροσκοπική/ρομποτική χειρουργική. Είναι ακαδημαϊκός υπότροφος στην Α’ Χειρουργική Κλινική του ΑΠΘ, Νοσοκομείο Παπαγεωργίου & μέλος του Βασιλικού Κολλεγίου Χειρουργών της Αγγλίας (FRCS). Συνεργάζεται με τις μεγαλύτερες ιδιωτικές κλινικές της Ελλάδας. Για περισσότερες πληροφορίες στο www.alexgiakoustidis.gr