Кейсы применения 3D-биопринтеров Rokit

В этой статье мы рассказываем о биопринтерах ROKIT — 3D-принтерах для печати живыми клетками, тканями и вспомогательными материалами для хирургии.

21 сентября 2023 года мы провели бесплатный вебинар на тему «Применение биопринтеров Rokit Healthcare в медицине. Технологии регенерации хряща (OA) и кожи (DFU)».

На прошедшем вебинаре сотрудники Top 3D Group и представитель ROKIT Healthcare рассказали о клиническом применении биопринтеров Rokit в регенеративной медицине.

ROKIT INVIVO — это первые в мире 3D-принтеры, одобренные FDA и допущенные к работе в операционных.

В программе вебинара были представлены:

Оценка рынка регенеративной медицины;
Результаты клинических испытаний;
Экономическая эффективность биопринтинга ;
Технология регенерации животных;
Линейка оборудования компании производителя биопринтеров Rokit 4D2 и Rokit 4D6.

Видеоматериалы вебинара отправляем по запросу.

3D принтер Rokit Dr. INVIVO 4D2

Содержание:

О компании Rokit

ROKIT производит 3D-принтеры для применения в медицине — для 3D-печати клеточными структурами и содержащими их гелями. 3D-принтеры ROKIT применяются по всему миру, а также за пределами Земли.

Вот лишь некоторые из новостей компании, по которым можно судить о масштабе ее деятельности:

ROKIT Healthcare — подразделение ROKIT, производителя биопринтеров Dr. INVIVO, — глобальная компания по индивидуальной регенерации органов, представила свою статью «О конвергентной технологии искусственного интеллекта и 3D-биопечати для регенеративного лечения» к рассмотрению гостями конференции IEEE/CVF 2022 по компьютерному зрению и распознаванию образов (CVPR).
ROKIT завершил клинические испытания в Корее и Индии. Результаты этих исследований показали 100% заживление ран у всех протестированных пациентов с хроническими язвами диабетической стопы. Данные этих исследований были проанализированы и представлены для публикации в журналах SCI.
Клиническое исследование по DFU в Медицинском центре Льюиса Гейла, Вирджиния, США: Доктор Дэвид Дж. Армстронг является руководителем этого исследования по оценке эффективности применения аутологичной гомологичной жировой ткани с минимальными манипуляциями (AMHAT) в улучшении DFU — технологии регенерации кожи. Доктор Армстронг — всемирно известный ортопедический хирург, профессор хирургии и директор «Медицинской школы Кека» Университета Южной Калифорнии (USC), а также соучредитель и директор международной конференции по диабетической стопе DFCon.
Клиническое исследование в городской больнице Анкары, Турция: Доктор Ахмет Чинар Ясти является руководителем этого исследования по изучению лечения DFURegen. Доктор Ясти является генеральным секретарем Турецкого общества хирургов и директором ожогового/раневого центра городской больницы Анкары.
24 ноября в Египте произошел первый случай лечения — регенерации хряща на человеке с использованием технологии биопечати Dr. INVIVO 4D: Платформа регенерации хряща — терапевтическое решение для лечения остеоартрита. Применяя передовую технологию биопечати Dr. INVIVO 4D, медики стремятся полностью восстановить поврежденную артритом хрящевую ткань. В рамках совместного проекта доклинических испытаний с Массовой больницей общего профиля уже получены многообещающие результаты по эффективности. ROKIT проверит и апробирует методику в клинических условиях — в университетской больнице Асьют в Египте.
Компания ROKIT начала масштабные доклинические испытания HumaTein SKIN SPRAY на животных. HumaTein SKIN-SPRAY специально разработан для лечения солдат с ожоговыми травмами в полевых условиях. HumaTein SKIN-SPRAY использует технологию HumaTein, которая не только предотвращает инфекцию в качестве первой помощи, но и вызывает регенерацию кожи, что может значительно сократить образование рубцов и продолжительность госпитализации, улучшая качество жизни пациентов.

О проекте ROKIT Healthcare

Сцена хирургического лечения с использованием Google Cloud и платформы искусственного интеллекта ROKIT AI для регенерации органов

Медицинская платформа ROKIT Healthcare, объединяющая облачные технологии, искусственный интеллект и 3D-биопринтинг, как ожидается, значительно повысит скорость лечения и доступность медицины.

Компания ROKIT Healthcare, специализирующаяся на биомедицине, объявила о том, что она предоставит медицинскую платформу, использующую 3D-биопринтинг и технологию искусственного интеллекта, основанного на базе Google Cloud, для инновационного лечения остеоартрита и диабета стоп — язвенного поражения диабетической стопы.

ИИ-решение ROKIT Healthcare точно распознает пораженный участок кожи пациента с помощью компьютерного зрения и технологии глубокого обучения, а затем печатает с помощью 3D-принтера пластырь, идеально подходящий по размеру и форме к пораженному участку.

Цель создания платформы — повысить уровень лечения хронических и сложных заболеваний, улучшить доступ к медицинским услугам в малообеспеченных районах и снизить медицинские расходы.

ROKIT Healthcare перенесла свою существующую инфраструктуру в Google Cloud и использовала инструменты искусственного интеллекта Google Cloud для расширения своей медицинской платформы и других решений. ROKIT Healthcare создала систему, способную надежно расширять и эксплуатировать медицинские платформы в различных регионах, используя масштабируемый и высокопроизводительный сервис балансировки нагрузки Google Cloud Load Balancing и Google Kubernetes Engine (GKE), предоставляющий полностью управляемый сервис Kubernetes.

Эффективная среда Machine Learning Operations (MLOps) — еще одна причина, по которой ROKIT Healthcare выбрала Google Cloud. Теперь ROKIT Healthcare может быстрее создавать, развертывать и масштабировать модели машинного обучения, благодаря использованию интегрированной платформы искусственного интеллекта Google Cloud — Vertex AI, и бессерверного мультиоблачного хранилища данных BigQuery.

Кроме того, компания ROKIT Healthcare повысила безопасность своей медицинской платформы, внедрив решение Google Cloud для обеспечения сетевой безопасности Cloud Armor, которое защищает приложения и сервисы от распределенных DDoS-атак с помощью технологии машинного обучения.

Кроме того, для снижения риска утечки данных была развернута функция VPC Service Control — управляемая сетевая функциональность для ресурсов Google Cloud, позволяющая предоставлять доступ к конфиденциальной информации только авторизованным сетям.

В Корее

В настоящее время ROKIT Healthcare подписала десятилетние контракты со своими заказчиками на сумму около 1 млн 878 тыс долларов США в 20 странах мира, увеличивая число стран, в которых она работает. Например: в Дубае в 2021 году и в Бразилии, Малайзии и Индии в первой половине 2022 года. Компания уже занимается лечением пациентов с помощью облачной телемедицины в странах, в которые она вошла, и планирует дальнейшее продвижение и экспансию на мировом рынке.

Эндрю Чанг, управляющий директор Google Cloud Korea, отметил:

«Сотрудничество с ROKIT очень значимо, поскольку компания сможет предложить инновационные решения для лечения хронических заболеваний, которые ранее не находили достаточного лечения. Я рад, что мы можем помочь повысить надежность и масштабируемость медицинской платформы ROKIT Healthcare с помощью решений Google Cloud, включая Vertex AI».

Ю Сок Хван, генеральный директор ROKIT Healthcare, заявил:

«Мы уверены, что ROKIT Healthcare представила ведущую систему в области персонализированной регенерации, включая кожу и хрящи. Благодаря сотрудничеству с Google Cloud, компания ROKIT Healthcare рассчитывает быстрее реализовать свое видение трансформации медицинской парадигмы. ROKIT Healthcare создаст медицинскую платформу, которая сможет использовать коллективный разум врачей по всему миру и быстро распространять решения, способные излечивать болезни в короткие сроки и по низкой цене».

В Малайзии

Новые методики лечения язв диабетической стопы при помощи трансплантации тканей с использованием 3D-биопечатной аутологичной гомологичной жировой ткани с минимальными манипуляциями (3D-AMHAT), с фибриновым гелем, действующим как биоразлагаемый каркас, описана авторами проведенного исследования, в их числе доктора: Мохд Язид Баджури, Джихи Ким, Ёнсо Ю и Мухаммад Шазван Шахул Хамид.

В лечении используются каркасы на основе гидрогеля. Жировая ткань является богатым источником внеклеточных веществ, которые поддерживают процесс восстановления тканей.

Это пилотное исследование было проведено с целью определить эффективность 3D-биопечатных трансплантатов аутологичной жировой ткани при лечении язв диабетической стопы (ДФС) с использованием фибринового геля для стабилизации трансплантата.

Это было индивидуальное пилотное исследование в больнице третичного уровня, которая предоставляет услуги по уходу за диабетическими ранами.

Всего было включено 10 пациентов с ДФУ.

Основной конечной точкой было полное выздоровление в течение 12 недель.

Вторичными конечными точками были уменьшение размера раны, ускорение заживления и побочные эффекты.

Семь из десяти пациентов продемонстрировали полное заживление ДФУ в течение 12 недель (через 2, 4, 5, 10 и 12 недель соответственно).

Скорость уменьшения размера раны значительно и постепенно снижалась с течением времени.

Пересадка аутологичной жировой ткани с использованием 3D-биопринтера с добавлением геля фибрина, выполняющего роль каркаса, способствует заживлению ран с качественной реконструкцией кожи.

На протяжении всего периода исследования нежелательных явлений не наблюдалось.

Использование Dr. INVIVO 4D2 доктором Кармином Джентиле

«В настоящее время системы 3D-биопечати более удобны для пользователя, чем раньше, и достаточно интуитивно понятны, что позволяет успешно работать с клетками, гидрогелями и 3D-биопринтерами, привлекая меньшее количество специалистов».

Доктор медицины Кармин Джентиле, старший преподаватель, доцент, руководитель группы сердечно-сосудистой регенерации и директор передового центра биотехнологии в Сиднейском технологическом университете возглавляет многопрофильную команду, занимающуюся биопроизводством живых и функциональных тканей сердца, для применения in vitro и in vivo, путем сочетания стволовых клеток и технологии 3D-биопечати.

Зачем нужна 3D-биопечать в кардиохирургии

Доктор Джентиле поделился опытом:

«Каждые десять минут у одного австралийца случается сердечный приступ. В среднем, повреждение будет прогрессивно развиваться в виде сердечного фиброза и сердечной недостаточности. В настоящее время золотым стандартом лечения пациентов с сердечной недостаточностью является трансплантация сердца, но она подходит не всем, из-за ограничений в совместимости донора и реципиента. В то же время, даже если пациенту удастся получить трансплантацию сердца, в течение нескольких лет наблюдается высокий уровень смертности.

Наше исследование направлено на предоставление доказательств того, что клетки пациента можно использовать для создания жизнеспособных и функциональных сердечных заплат для него же, для восстановления поврежденной сердечной ткани у пациента.

В настоящее время мы разрабатываем методику такой операции, используя стволовые клетки, полученные от самих пациентов, и применяя технологию 3D-биопечати при создании поэтапного персонализированного лечения, чтобы улучшить работу больного сердца и обеспечить лучшее качество жизни пациентов и их семей».

Суть технологии “мини-сердец”

Доктор Джентиле и его аспирантка Ниина Мэтьюз

”Мини-сердца”, которые я разработал, это выращенные участки сердечной мышечной ткани, построенные на естественной агрегации сердечных клеток, которые были выделены либо с помощью биопсии сердца, либо из стволовых клеток, полученных от пациента.

В человеческом сердце кровеносные сосуды имеют решающее значение для правильного развития мышечной стенки, и, воспроизведя это в пробирке, мы успешно предотвратили гибель клеток в центре биоинженерного сердца.

Мы используем “мини-сердца” в качестве строительных блоков, как в конструкторе, где размещение нескольких “мини-сердец” с помощью 3D-биопринтера позволяет создавать сложную васкуляризированную сердечную ткань, которая лучше имитирует нативное человеческое сердце.

Мы смогли сравнить этот процесс с аналогичным, который использует наше тело, создавая более мелкие детали, которые затем собираются в более крупные».

Доктор Джентиле о биопринтере Dr. INVIVO 4D2

Пластыри AlgGel, площадью 10 мм², напечатанные 3D-биопечатью с использованием Dr. INVIVO 4D2 по публикации «Печатаемость, долговечность, сократимость и формирование сосудистой сети в 3D-биопечати сердечных эндотелиальных клеток с использованием альгинатно-желатиновых гидрогелей», Roche et al., 2021

«Уникальные особенности биопринтера INVIVO заключаются в возможности полного контроля температуры камеры, что позволяет точно контролировать сопло, а это критическое требование, особенно при работе с термочувствительными гидрогелями.

Возможность работать одновременно с двумя печатающими головками, которые могут объединять либо два гидрогеля, либо гидрогель с пластиковой нитью, позволила нам открыть новые возможности для наших исследований.

В частности, в настоящее время мы тестируем, как создавать персонализированные 3D-биопечатные сердечные пластыри, которые лучше соответствуют потребностям хирургов и пациентов. Мы поделимся нашими последними результатами, как только они будут доступны для публикации, поскольку в настоящее время мы работаем над ранними этапами проекта с помощью врачей».

Почему необходимо применять 3D-технологии

Кармин Джентиле, доктор медицины, рассказывает:

«Я всегда начинаю с объяснения студентам, что они, как биоинженеры, в своих исследованиях становятся «шеф-поварами».

Им нужно искать нужные ингредиенты (клетки и гидрогели) и использовать специальные инструменты (в том числе 3D-биопринтер) для создания ткани, аналогично тому, что делает повар во время приготовления пищи или выпечки.

Поиск правильного «рецепта» на основе многочисленных тестов имеет решающее значение, прежде чем ткань можно будет использовать на пациенте, что требует также понимания того, как лучше воспроизвести нативную ткань с помощью ингредиентов и инструментов, к которым у нас есть доступ.

После того, как рецепт определен, комбинация клеток и гидрогелей создает «биологические чернила» или «биочернила», которые затем используются 3D-биопринтером для создания ткани с использованием послойного нанесения.

Создание 3D-биопечатной ткани направлено на создание трехмерной, сложной среды для жизни клеток, аналогично процессам естественного роста тканей.

В прошлом клетки использовались в виде монослойной культуры, и мы знаем ограничения этого подхода, особенно при переносе из пробирки на живой орган. 3D-биопечать тканей с использованием оптимальных условий для жизни клеток, во время и после процесса печати, имеет решающее значение для успеха этого подхода. Лучшее понимание технологии было бы предпочтительным для тех, кто начинает работать в этой области.

В настоящее время разработаны системы 3D-биопечати, удобные и достаточно интуитивно понятные, позволяющие менее специализированным сотрудникам успешно работать с клетками, гидрогелями и 3D-биопринтерами».

Кейс Top 3D Group по применению Rokit Dr. INVIVO 4D2

Rokit Dr. INVIVO 4D2: 3D-биопринтер для тканевой инженерии и трансплантологии - кейс Top 3D Group