Aneurismen med endotelceller (grønn) og en blodpropp (rød). (Elisa Wasson) Hjerneaneurismer er stoffet i mareritt – en blodåre i hjernen din som stille buler eller ballonger, med fare for at den en dag sprekker og forårsaker livstruende komplikasjoner.
Selv om det finnes en rekke behandlinger for hjerneaneurismer, kan du tenke deg at blodårene i hjernen kan være litt vanskelige å nå. Så for å evaluere behandlinger og gi leger litt praktisk treningstid, ville en slags erstatning før de kommer inn i hjernen din være ideell.
Et team av forskere basert i USA har nå ført noe slikt ut i virkeligheten. De produserte den første levende, biotrykte aneurismen utenfor menneskekroppen, utførte en medisinsk prosedyre på den og observerte den helbredende.
Hvis leger legger merke til at noen har en hjerneaneurisme før den brister – er de dessverre vanskelige å få øye på så dette skjer ikke alltid – de vil forsøke å stoppe blodstrømmen til området. Det er et par forskjellige måter å behandle det på, og ingen av alternativene er spesielt morsomme.
Det første alternativet er kirurgisk klipping – hvor en kirurg fjerner en del av skallen din og setter en liten metallklemme på bunnen av aneurismet.
Det andre alternativet er noe som kalles endovaskulær coiling, hvor et kateter settes inn i en arterie i lysken, og deretter tres gjennom kroppen til aneurismen. En spiral skyves deretter gjennom kateteret og inn i aneurismen.
Begge behandlingene stopper eller forstyrrer blodstrømmen, noe som betyr at aneurismen ikke vil bli større og potensielt briste. Men begge metodene presenterer også sine egne problemer, og det kan være vanskelig å velge hvilket alternativ som er best for en gitt pasient.
(a) Illustrasjon av det 3D-printede aneurismet. (b) Aneurismekarstrukturen. (Kang et al., Biofabrication, 2020)
'Vi så på problemet og tenkte at hvis vi kunne koble sammen beregningsmodellering og eksperimentelle tilnærminger, kunne vi kanskje komme opp med en mer deterministisk metode for å behandle aneurismer eller velge behandlinger som best kunne tjene pasienten,' sa Lawrence Livermore National Laboratory-ingeniør og seniorforfatter William Hynes.
'Nå kan vi begynne å bygge rammeverket til en personlig modell som en kirurg kan bruke for å finne den beste metoden for å behandle en aneurisme.'
Teamet 3D-printet en aneurisme-formet struktur ved hjelp av gelatin-fibrin hydrogel, og så forsiktig stillaset med menneskelige hjerneceller kalt hCMECs (humane cerebrale mikrovaskulære endotelceller). Disse cellene sprer seg utover og dekker aneurismen i løpet av de neste syv dagene, og danner en levende 3D-printet aneurisme.
Selv om falske aneurismer som dette har blitt opprettet før, er dette første gang menneskelige celler har blitt brukt til å lage en levende struktur.
Når cellene hadde spredt seg, begynte teamet å eksperimentere på deres nydannede aneurisme ved å strømme kublodplasma gjennom strukturen og deretter gjøre sin egen endovaskulære coiling. Spennende nok dannet spolen en blodpropp på stedet - noe som betyr at blodstrømmen ble forstyrret, og modellen fungerte!
Koagel, i røde, og endotelceller, grønn, i aneurismemodellen. (Kang et al., Biofabrication, 2020)
Teamet understreker at det fortsatt er en lang vei å gå før dette er klart for legene. De må fortsatt jobbe mer med datamodeller av koagulering i tre dimensjoner, ved å bruke bedre partikkelbilde hastighetsmetri , og bli bedre til å etterligne veggskjærspenningen som forårsaker aneurismer i utgangspunktet.
Men ved hjelp av pasienthjerneskanninger og datamodelleringssystemer håper de at de fysiske modellene kan gå noen veier mot å bli personlig tilpasset en spesifikk pasients aneurisme.
Dette er en spennende utvikling som har mange potensielle bruksområder, og teamet tror at dette kan være et bedre alternativ for å evaluere nye behandlinger enn dyremodeller, og når det brukes med datamodellering, kan det kutte tiden det tar for nye kirurgiske teknikker for å komme til klinikken.
'Dette in vitro modellen kan brukes til å trene kirurger eller medisinstudenter til å distribuere nevrovaskulære enheter i en kompleks vaskulær struktur,' skriver teamet i papiret sitt.
'[Det] kan lett brukes i undersøkelser relatert til å analysere koagulasjonsresponser fra emboliseringsenheter, helbredende responser etter behandling og de biofysiske mekanismene for aneurismedannelse eller -ruptur ved å bruke de resulterende hemodynamiske dataene.'
Forskningen er publisert i Biofremstilling .