達納-法伯癌癥研究所，布里格姆婦女醫(yī)院，麻省總醫(yī)院和麻省理工學院的臨床醫(yī)生開發(fā)了一種新穎的3D打印屏蔽罩，可在放射治療期間保護癌癥患者的健康組織。通過使用患者的CT掃描和高原子序數(shù)的材料，該團隊已經能夠3D打印定制的設備，以防止由γ和X射線引起的胃腸道或口腔組織毒性。如果用于治療頭，頸或前列腺癌患者，科學家們相信他們的屏蔽可以分別將口腔和胃部的輻射減少多達30％和15％，而不會降低對腫瘤的劑量。

“當我們用放射線治療患者時，這是一個很好的平衡。我們希望以最大的劑量來使腫瘤縮小而不對健康組織造成損害，” MGH布里格姆和達納-法伯癌癥研究所的放射腫瘤學資深住院醫(yī)師James Byrne說。 “我們通過該項目的目標是找到一種創(chuàng)新的解決方案，為患者提供個性化的保護。這種個性化的方法可能適用于各種癌癥，并具有降低我們患者輻射傷害和毒性負擔的潛力?！?/span>

治療輻射毒性

據(jù)統(tǒng)計，所有癌癥患者中有一半以上將接受某種形式的放射療法，但是盡管這種療法可以有效殺死腫瘤細胞，但也會對其他健康組織產生毒性。僅在美國，每年就有超過200,000名患者遭受輻射誘發(fā)的口腔粘膜炎，食道炎和直腸炎，有時發(fā)作的次數(shù)足以使他們完全停止治療。

當前，醫(yī)生傾向于使用物理墊片來預防粘膜炎，但是這些墊片通常只能提供有限的保護，甚至可能導致其他副作用。為了減少放射療法的發(fā)病率而不限制其療效，研究小組因此確定了對患者特定的屏蔽的需求，以使治療更加可口，從而提高患者的依從性并最終提高他們的生存機會。研究共同作者喬瓦尼·特拉弗索說：“要求腸胃病學專家咨詢一個案例，以支持正在食道，小腸或胃腸道其他任何地方出現(xiàn)放射副作用的患者。幾年前，我和詹姆斯開始集思廣益，如果我們能開發(fā)出一種能夠保護輻射場中大部分正常組織的防護罩，那該怎么辦？”

研究人員的3D打印屏蔽被發(fā)現(xiàn)可將動物測試對象內的輻射暴露降低多達30％。

圖片來自喬瓦尼·特拉沃索（Giovanni Traverso）。

防輻射3D打印

鑒于輻射誘導的毒性通常在口腔癌，肺癌和前列腺癌患者中最高，因此臨床研究人員選擇開發(fā)專門設計用于保護這些區(qū)域組織的屏蔽。但是，在他們開始著手3D打印其輻射防護設備之前，科學家們需要為任務確定最佳的'高Z材料基地。最初的測試涉及將各種合金和塑料暴露于6 MV光子輻射中，結果表明元素材料提供了最高的衰減，從而導致該團隊研發(fā)出含鉛和鉍的樹脂。配制好原料后，科學家們利用診斷“ DICOM” CT掃描創(chuàng)建了多只不同實驗大鼠的口腔，腸和直腸的精確3D模型。

有趣的是，生成的模型揭示了測試患者解剖結構的巨大差異，并使科學家們可以個性化每種設備，使其能夠舒適地插入并優(yōu)化其輻射防護。然后使用Formlabs Form 2 3D打印機制造屏蔽本身，然后將其口服插入七個樣本中，以保護通常有放射毒性風險的50％的組織。

研究人員的四步輻射屏蔽生產過程。圖片來自《先進科學》雜志。

雖然有七只未屏蔽的大鼠發(fā)展出輻射誘發(fā)的舌潰瘍，但七只受保護的測試對象完全沒有副作用。在隨后的實驗中，將一組類似的口腔內，食道和直腸裝置插入豬標本中，以減少腸道輻射達15％，口腔頰粘膜內毒性降低30％，而不會影響腫瘤劑量。

與傳統(tǒng)的水凝膠墊片相比，臨床醫(yī)生還得出結論，他們的設備成本降低了40％左右，同時具有相同水平的功效。結果，研究小組得出結論，盡管在屏蔽物進入人體試驗之前需要進行進一步評估，但其概念仍有望在將來最終應用，以減少各種不同癌癥患者的放射療法副作用。

研究人員在論文中總結道：“個性化的3D打印放射防護設備在降低臨床環(huán)境中的輻射毒性方面可能具有巨大的潛力。這種個性化方法可能適用于對放射療法有反應的多種癌癥，包括頭頸癌，肺癌，前列腺癌，肛門癌，皮膚癌和婦科癌，肉瘤和淋巴瘤。”

3D打印的緩解癌癥設備

通過結合3D打印和掃描技術，現(xiàn)在比以往任何時候都更容易生產針對患者的設備，從而減輕癌癥患者的痛苦。浦項科技大學（POSTECH）的科學家已經開發(fā)出3D打印的食道支架，該支架旨在減輕放射治療患者的吞咽困難。 將來，POSTECH團隊相信他們的設備可以裝載細胞以治療組織特異性炎癥，或用于解決日常傷害，例如割傷或燒傷。同樣，Adaptiiv Medical Technologies的軟件通常部署到3D打印腫瘤學設備上，該設備能夠調節(jié)輻射劑量以解決患者組織缺失的問題。

在其他地方，漢陽大學的科學家也使用增材制造來制造高效的伽馬輻射探測器。在測試過程中，該團隊的新型設備展示了與商用閃爍器相似的衰減時間和固有檢測效率，使其在需要快速檢測的領域具有潛在的應用前景。

研究人員的發(fā)現(xiàn)在其題為《胃腸道粘膜保護的個性化輻射衰減材料》的論文中得到了詳細說明。

地址來源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202100510。