Szpital w Madrycie wszczepił pierwszą na świecie protezę kości z metamateriału wydrukowaną w 3D, ratując nogę pacjenta

Pierwszy taki implant na świecie

Chirurdzy ze szpitala Hospital General Universitario Gregorio Marañón w Madrycie zaprojektowali i wszczepili pierwszą na świecie spersonalizowaną protezę kości wykonaną z metamateriału, ratując nogę 38-letniego pacjenta z Francji, któremu groziła amputacja. U Pierre'a Chazela około trzy lata temu zdiagnozowano mięsaka kości o wysokim stopniu złośliwości w obrębie piszczeli. Po pierwszej operacji i zastosowaniu konwencjonalnego implantu doszło do infekcji, która tak osłabiła kość, że żadna dostępna na rynku proteza nie mogła zastąpić ubytków spowodowanych przez nowotwór i stan zapalny. Jedyną alternatywą była amputacja poniżej kolana, co wiązałoby się z całkowitą utratą stawu.

Szpital nawiązał współpracę z Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio przy Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Inżynierowie wykorzystali tam technologię lotniczą do stworzenia tytanowej struktury, która odtwarza funkcje mechaniczne kości. Implant wydrukowano w 3D na terenie szpitala, opierając się na obrazach radiologicznych zdrowej nogi pacjenta. Stworzono cyfrowego bliźniaka piszczeli i przeprowadzono symulacje rzeczywistych obciążeń (chodzenie, wchodzenie po schodach, potknięcia), aby obliczyć precyzyjną geometrię wewnętrzną. Struktura składa się z sieci małych tytanowych prętów, których układ rozkłada ciężar podobnie jak zdrowa kość, co pozwala otaczającej tkance kostnej wrastać w implant.

Powrót pacjenta do zdrowia

Niemal rok po operacji Pierre odzyskał sprawność i chodzi bez kul. Nie wystąpiły u niego żadne infekcje ani powikłania związane z implantem, a staw kolanowy zachował prawidłowe ustawienie i ruchomość. Pacjent może teraz nosić przedmioty w dłoni podczas chodzenia i nie odczuwa bólu w stopie.

„Znów mogę obciążać nogę po dwóch latach i wreszcie będę mógł chodzić bez kul.”

Opisał protezę jako coś, czego nie widzi ani nie czuje: „To część mnie i wszystko poszło dobrze”. Implant przetrwał nawet upadek, w wyniku którego Pierre złamał nadgarstek i kostkę, podczas gdy wszczepiona piszczel pozostała nienaruszona, jak przekazał chirurg Rubén Pérez-Mañanes.

Waga i wytrzymałość

Proteza z metamateriału waży około 300 gramów, jak podają chirurg Rubén Pérez oraz badacz z UPM Luis Saucedo-Mora. Dla porównania, konwencjonalna proteza waży blisko kilogram (według Saucedo-Mory) lub nawet dwa kilogramy w przypadku litego implantu (według Péreza). Jedno ze źródeł podało wagę 150 gramów bez wskazania autora. Pérez stwierdził, że implant w modelach symulacyjnych wytrzymuje nacisk ponad 500 kilogramów, podczas gdy standardowe implanty wspierają od 100 do 150 kilogramów.

„Osiągnęliśmy wagę 300 gramów i zgodnie z modelami symulacyjnymi implant wytrzymuje do 500 kilogramów.”

Szersze zastosowanie

Szpital Gregorio Marañón, będący krajowym ośrodkiem referencyjnym (CSUR) w Hiszpanii w zakresie mięsaków układu ruchu u dorosłych i dzieci, leczy rocznie około 600 pacjentów z mięsakami. W Hiszpanii diagnozuje się rocznie około 2600 nowych przypadków mięsaków tkanek miękkich i 400 przypadków mięsaków kości, co oznacza zapadalność na poziomie około 5 do 6 przypadków na 100 000 mieszkańców. Operowano już dwóch kolejnych pacjentów z użyciem podobnej technologii, a zespół pracuje nad rozszerzeniem tej metody na kolejne przypadki. Szpital stosuje również planowanie 3D i narzędzia rzeczywistości wirtualnej w innych złożonych przypadkach, w tym u 7-letniego chłopca o imieniu Manuel z mięsakiem kości udowej, gdzie chirurdzy wykorzystali wydrukowane w 3D modele tkanek i hologramy rzeczywistości rozszerzonej do zaplanowania i przeprowadzenia operacji.