Rapid 3D Printing Method for the Accurate Reproduction of Aortic Aneurysms for clinical trials and educational applications

Imagine o corpo humano como um complexo sistema de encanamento de alta pressão, onde o cano principal — a aorta — transporta sangue vital do coração para todos os cantos do corpo. Às vezes, devido ao envelhecimento ou ao desgaste, uma seção deste cano enfraquece e estufa, como um pneu gasto desenvolvendo uma protuberância. Isso é chamado de aneurisma de aorta. É uma bomba relógio; se estourar, os resultados são frequentemente fatais. Os médicos têm duas formas principais de consertar isso: podem realizar uma cirurgia aberta de grande porte ou podem usar um método menos invasivo chamado Reparo de Aneurisma Endovascular (EVAR), no qual passam um stent (um pequeno tubo de malha expansível) através dos vasos sanguíneos para remendar o vazamento pelo lado de dentro.

Mas aqui está a parte complicada: o "encanamento" de cada pessoa é único. O estufamento pode ter o formato de uma pera, uma pera com uma torção ou um bloco estranhamente angulado. Para passar com sucesso um stent por meio do vaso específico, retorcido e frágil de um paciente sem causar uma ruptura, os cirurgiões precisam praticar primeiro. No passado, eles praticavam em modelos plásticos genéricos ou simulações de computador, mas esses não pareciam reais o suficiente. É aqui que entra uma vertente da ciência chamada Manufatura Aditiva (ou impressão 3D). Pense nisso como uma impressora superprecisa que não usa tinta, mas em vez disso constrói objetos camada por camada, permitindo que os médicos imprimam uma cópia física perfeita da própria aorta de um paciente. A grande questão que os pesquisadores têm feito é: podemos imprimir esses modelos rápido o suficiente para serem úteis e podemos fabricá-los com materiais que pareçam e sintam como vasos sanguíneos reais e macios?

Neste estudo, uma equipe de pesquisadores decidiu enfrentar esse desafio criando um modelo impresso em 3D "específico para o paciente" de um aneurisma de aorta abdominal. Eles não imprimiram apenas um formato genérico; começaram com a varredura médica real de um paciente (especificamente uma Angiotomografia Computadorizada, que é como um raio-X 3D superdetalhado dos vasos sanguíneos). Eles pegaram esses dados digitais e os inseriram em uma impressora 3D que utiliza uma resina líquida especial que endurece quando atingida pela luz (um método chamado Estereolitografia ou SLA).

O objetivo era imprimir um modelo que não fosse apenas uma casca de plástico dura, mas algo que mimetizasse a natureza macia e flexível do tecido real. Eles usaram uma resina "elastômero" especial, que é basicamente um material emborrachado projetado para esticar e dobrar, muito parecido com uma artéria real. Uma vez impresso, eles submeteram o modelo a uma série de testes para ver o quão bem ele correspondia ao plano original.

Primeiro, eles verificaram a geometria. Mediram a espessura das paredes do modelo em vários pontos. O design do computador dizia que as paredes deveriam ter exatamente 1,00 mm de espessura. Quando mediram o modelo impresso com um micrômetro digital, descobriram que a espessura média era de cerca de 0,9 mm em algumas áreas e 0,8 mm em outras, com alguns pontos sendo significativamente mais finos (cerca de 0,5 mm). Isso significa que a impressora não atingiu o alvo perfeitamente todas as vezes; houve uma margem de erro, com alguns pontos sendo até 50% mais finos do que o pretendido. No entanto, o material em si revelou-se bastante próximo do "emborrachado" alvo, medindo uma dureza de 54,20 na escala Shore A, o que é muito próximo da promessa do fabricante de 50.

Em seguida, observaram a forma, especificamente o quão retorcida era a artéria. Eles traçaram a linha central do modelo impresso e calcularam o quão acentuadamente ela curvava em diferentes seções. Descobriram que a curvatura mudava significamente em três zonas distintas, com o raio da curva (o quão fechada é a curva) variando drasticamente de cerca de 0,65 mm nos pontos mais apertados para mais de 46 mm nas seções mais retas. Isso confirmou que a impressora conseguia capturar a natureza complexa e sinuosa de um aneurisma real, mesmo que a espessura da parede tivesse algumas oscilações.

A parte mais emocionante do experimento, no entanto, foi o teste "óptico". Os pesquisadores queriam saber se um cirurgião conseguiria enxergar dentro do modelo enquanto trabalhava nele. Eles inseriram um guia vascular transparente e fino (uma ferramenta usada para navegar nos vasos) dentro do tubo impresso. Quando tentaram observar o guia enquanto o modelo estava parado no ar, foi surpreendentemente difícil. A luz batia na superfície emborrachada e dobrava de maneiras estranhas (refração), fazendo com que o guia parecesse borrado e difícil de rastrear, quase como tentar ver um canudo em um copo de água que está sobre uma mesa.

Mas então, eles tentaram um truque inteligente. Eles submergiram o modelo inteiro em um líquido (álcool isopropílico). De repente, a mágica aconteceu. Como o líquido e o modelo emborrachado tinham formas semelhantes de dobrar a luz, o "reflexo" desapareceu. O modelo tornou-se quase invisível, e o guia dentro dele ficou cristalino. Era como colocar óculos especiais que faziam a água e o canudo parecerem um único objeto contínuo. Isso sugeriu que, para fins de treinamento, ter o modelo submerso em um líquido correspondente torna muito mais fácil para os cirurgiões enxergarem o que estão fazendo dentro do vaso.

O estudo conclui que, embora a impressão 3D desses modelos seja uma forma rápida e promissora de criar ferramentas de treinamento realistas, o processo ainda não é perfeito. A espessura da parede pode variar e o material precisa ser manuseado com cuidado. No entanto, a capacidade de imprimir a anatomia específica de um paciente rapidamente, combinada com o truque da "imersão em líquido" para enxergar o interior, oferece uma nova e poderosa maneira de ajudar cirurgiões a praticar e planejar antes mesmo de tocarem em um paciente real. É um passo em direção a transformar quebra-cabeças médicos complexos em objetos tangíveis e solucionáveis.