Томские ученые разработали 3D-печатные фантомы лабораторных животных

Исследователи из Томского политехнического университета нашли способ снизить использование животных в доклинических исследованиях в области лучевой терапии онкологических заболеваний. Альтернативой служат дозиметрические фантомы в виде напечатанных на 3D-принтере моделей крыс и мышей.

Над проектом работала группа ученых, инженеров и студентов под руководством доцента Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Сергея Стучеброва, сообщает пресс-служба вуза. Внедрение новых методов лучевой терапии требует большого количества исследований с использованием мелких лабораторных животных — мышей и крыс. Использование животных в медицинских целях неразрывно связано с этическими проблемами, к тому же на их покупку, содержание и утилизацию уходят значительные средства. Для сокращения этой практики предлагается применять искусственные модели — фантомы.

При проведении лучевой терапии гибнут не только клетки злокачественных новообразований, но и здоровые клетки организма. Чтобы минимизировать негативный эффект необходимо правильно планировать терапию: получить томографические данные места, локализовать опухоль и критические органы, выбрать необходимую дозу облучения, составить план, проверить его с помощью дозиметрического фантома, и уже затем облучать пациентов.

«Проблема онкологических заболеваний крайне актуальна. В клиническую практику вводятся новые методы облучения, планы лечения усложняются, требуется проведение доклинических исследований. Мы занимаемся не только созданием фантомов, но и разработкой устройств для увеличения эффективности лучевой терапии и минимизации доз облучения здоровых тканей. В качестве прототипов для создания моделей мы использовали мышей и крыс, как наиболее распространенных видов животных, применяемых в доклинических исследованиях», — рассказывает аспирантка Анна Григорьева.

Исследование проводилось в несколько этапов. Сначала ученые проанализировали томографические данные лабораторных животных, чтобы определить точную анатомическую структуру. Затем на основе этих данных были созданы цифровые 3D-модели тел и некоторых внутренних органов животных. Фантомы изготовлены из двух видов пластика — ПЛА для мягких тканей и ПЛА с примесью меди для костных. 3D-печатные модели включают радиологические имитаторы кожи, головного и спинного мозга, мышечных, костных и легочных тканей.

«Разные типы мягких тканей, например, мышцы и жир, при изготовлении требовали тонких настроек печати, что позволило в итоге максимально приблизить нашу модель к реальным характеристикам тканей животного. Используемый пластик позволил имитировать свойства взаимодействия с ионизирующим излучением, как если бы это взаимодействие было с реальными тканями. Модель должна быть максимально приближена к реальной анатомии животного, принимая во внимание расположение и размеры внутренних органов и систем», — поясняет Сергей Стучебров.

Применение разработанных учеными ТПУ моделей позволит сократить количество живых животных в проведении доклинических испытаний, что сделает эти процедуры более этичными и дешевыми. Изделия политехников можно применять неоднократно, дополнительно предусмотрена возможность размещения в фантомах дозиметрического оборудования, например пленочных дозиметров, ионизационных камер и термолюминесцентных дозиметров. Осенью 2022 года ученые проведут дозиметрические испытания фантомов в Научно-исследовательском институте онкологии Томского национального исследовательского медицинского центра.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.