临床医生3d打印为癌症患者定制胃辐射防护装置

利用病人的CT扫描和高原子序数材料，该团队已经能够3D打印定制的装置，防止伽马和x射线引起的胃肠道或口腔组织辐射毒性。科学家们认为，如果用于治疗头颈部或前列腺癌患者，它们的防护层可以在不降低治疗肿瘤辐射剂量的情况下，将口腔和胃部的辐射分别减少30%和15%。

“当我们用放射治疗患者时，能借此取得很好的平衡。我们想要用最大的剂量来缩小肿瘤同时又不损害健康组织，”布里格姆，麻省总医院和达纳法伯癌症研究所放射肿瘤学高级住院医师James Byrne说，“通过这个项目，我们的目标是找到一种创新的解决方案，为患者提供个性化保护。这种个性化的方法可能适用于各种癌症，并且有潜力能够用来减少患者遭受的放射损伤和毒性。”

治疗辐射毒性

据统计，超过一半的癌症患者将接受某种形式的放射治疗，但尽管这种疗法可以有效杀死肿瘤细胞，它也可能对其他健康组织产生毒性。仅在美国，每年就有20多万患者遭受辐射诱发的口腔黏膜炎、食管炎和直肠炎，有时严重到足以让他们完全停止治疗。

目前，医生倾向于使用物理间隔物来防止粘膜炎，但这些通常只能提供有限的保护，甚至可能导致额外的副作用。为了在不限制其疗效的情况下降低放射治疗的发病率，该团队因此指出，患者需要有针对性的防护，使治疗更容易接受，从而促进患者贯彻治疗，并最终提高他们的生存机会。

该研究的共同作者Giovanni Traverso说:“对于胃肠病学家来说，看诊一个正经历着辐射副作用的病人来咨询食道、小肠或胃肠道其他部位病症，并不罕见。”“几年前，詹姆斯和我开始集思广益——我们有没有可能开发出一种可以帮助保护辐射场中相当一部分正常组织的防护装置呢?”

研究人员发现，3D打印的防护装置可以使动物实验对象的辐射暴露降低多达30%。图片来自Giovanni Traverso

防辐射3D打印

考虑到辐射引起的毒性通常在口腔、肺部和前列腺癌患者中最高，临床研究人员选择开发专门设计的防护装置保护这些区域组织。然而，在3D打印辐射防护装置之前，科学家们需要确定这项任务的最佳“高z材料基础”。

最初的测试涉及将各种合金和塑料暴露在6 MV光子辐射下，结果表明元素材料具有最高的衰减，这使得研究小组开发了一种含铅和铋的树脂。配制好原料后，科学家们利用诊断性“DICOM”CT扫描来创建多个不同实验室大鼠的口腔、肠道和直肠的精确3D模型。

有趣的是，这些模型揭示了受试患者的解剖结构存在巨大差异，并允许科学家个性化每一个装置，使它们的植入更舒适，并优化其辐射防护。然后，使用Formlabs Form 2 3D打印机制作防护装置，并将其口服植入7个样本中，以保护50%通常处于放射毒性风险中的组织。

研究人员的四步辐射屏蔽生产过程。图片来自《先进科学》杂志。

7只未受辐射保护的大鼠患上了辐射引起的舌头溃疡，而7只受到辐射保护的大鼠则完全没有任何副作用。在后来的实验中，将一组类似的口腔内，食道和直肠装置植入猪标本中，这些装置可使肠道辐射减少15%，口腔颊粘膜毒性减少30%，而不影响肿瘤辐射的剂量。

与传统的水凝胶垫片相比，临床医生还发现，他们的设备在提供相同疗效水平的同时，成本降低了约40%。因此，该团队得出结论，尽管在他们的防护装置能够进入人体试验之前还需要进一步的评估，但其概念仍有望在将来最终应用，以减少各种不同癌症患者的放射疗法副作用。

研究人员在论文中总结道:“个性化的3D打印放射防护装置在降低临床环境中的辐射毒性方面具有巨大潜力。这种个性化的方法可以应用于各种对放疗有反应的癌症，包括头颈部、肺部、前列腺、肛门、皮肤、妇科癌症、肉瘤和淋巴瘤。”

3D打印癌症缓解设备

通过结合3D打印和扫描技术，现在比以往任何时候都更容易生产针对患者的设备，从而减轻那些癌症治疗患者的痛苦。浦项科技大学(POSTECH)的科学家开发了3D打印食管支架，用于缓解放射治疗患者的吞咽困难。

将来，POSTECH团队相信他们的设备可以装载细胞来治疗组织特异性炎症或用于处理日常伤害，如割伤或烧伤。与此类似，Adaptiiv Medical Technologies的软件经常被部署到3D打印肿瘤设备上，该设备能够调节辐射剂量以解决患者组织缺失的问题。

在其他地方，汉阳大学的科学家也在使用增材制造制造高效伽马辐射探测器。在测试过程中，该团队的新型设备已经证明了与商业闪烁体相似的衰减时间和内在检测效率，使其在需要快速检测的领域有潜在的应用前景。

研究人员的发现在其题为“胃肠道粘膜保护的个性化辐射衰减材料”的论文中得到了详细说明。