– Zbyszek, dobrze wiesz, że serce w naszym kraju jest relikwią – mówi grany przez Jana Englerta prof. Wacław Sitkowski w filmie „Bogowie”, kiedy słyszy, że powinien rozpocząć w swojej klinice w Warszawie eksperymentalny program przeszczepów serca.

– Tak, ale obaj wiemy, że serce jest mięśniem – odpowiada mu Zbigniew Religa (w tej roli Tomasz Kot).

Serce, które powstaje na drukarce 3D polskiej firmy Zortrax, jest tylko kawałkiem plastiku. Dysza głowicy miarowo rozsmarowuje roztopiony plastik, układając go – warstwa po warstwie – na platformie. Jest małe, ale odwzorowane w skali 1:1, bo przedstawia skomplikowaną wadę wrodzoną noworodka, który będzie natychmiast operowany. W niedużym pokoju w budynku Kliniki Kardiologii Dziecięcej i Wad Serca w Uniwersyteckim Centrum Klinicznym w Gdańsku (UCK) w rzędzie stoi sześć różnych drukarek 3D – obok olsztyńskich Zortraxów, jest też urządzenie firmy Formlabs.

Od promieni X do druku 3D

W listopadzie 1895 r. niemiecki fizyk Wilhelm Roentgen podczas jednego z eksperymentów sfotografował dłoń swojej żony. Zdjęcie kości jej palców z widocznym cieniem pierścionka przeszło do historii jako pierwsze wykorzystujące promienie X, czyli promienie rentgena. Jednocześnie Roentgen otworzył nowy rozdział w historii diagnostyki medycznej – początek technik obrazowania.

Później pojawiły się tomograf komputerowy, rezonans magnetyczny czy ultrasonograf, a wraz ze wzrostem mocy obliczeniowej komputerów – możliwość przetwarzania obrazów w coraz lepszej jakości i rozdzielczości. Dzisiaj, ponad sto lat od pierwszego zdjęcia rentgenowskiego, lekarz może zajrzeć do wnętrza ciała pacjenta w trójwymiarze. A później wydrukować wybrany fragment na drukarce.

– To pęknięta aorta, z której krew się wynaczyniła. Chłopca skierowano do zabiegu chirurgicznego – opowiada kardiolog dziecięcy prof. Robert Sabiniewicz. W ręce trzyma wydrukowany model serca z dużym, wychodzącym z niego czerwonym bąblem oznaczającym krwiak. Zmiana jest niemal wielkości narządu. – Druk serca ułatwia operatorowi [w tym przypadku kardiochirurgowi] przygotowanie się do zabiegu. Wada w takiej formie jest lepiej widoczna. Operator może ją dotknąć, obrócić i zaplanować sobie operację, np. ten fragment wytnę, ten podciągnę, w tym miejscu zszyję – tłumaczy mi prof. Sabiniewicz.

Naukowcy z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego (GUMed) eksperymentują z wydrukami 3D i szukają dla nich szerszych zastosowań. Dotychczas wykonali ponad 30 modeli. – Druk 3D pozwala operatorowi dobrać odpowiedni sprzęt, skrócić czas zabiegu, przekłada się na jego bezpieczeństwo i odsetek powodzenia. Wykonanie modelu jest czasochłonne, więc robimy to w przypadku pacjentów, którzy mają nietypowe, rzadkie problemy, u których większe jest ryzyko zabiegu, dłuższy czas trwania znieczulenia czy większe narażenie na promieniowanie. Właśnie po to, żeby skrócić czas operacji, inwestujemy go wcześniej w opracowanie modelu – mówi kardiolog dr Jarosław Meyer-Szary.

Trójwymiarowe modele serca można też wykorzystać do treningu specjalistów (m.in. do szkoleń z zakresu leczenia wad strukturalnych serca czy tętniaków mózgu). Będą oni mogli ćwiczyć technikę zabiegów na indywidualnych, spersonalizowanych fantomach.

To serce pani dziecka

Studenci gdańskiej uczelni medycznej już korzystają na zajęciach z wydruków 3D, a niektórzy zaczynają tworzyć modele. – Studentom druk 3D pozwala zrozumieć złożone wady i problemy, z jakimi pacjenci do nas przychodzą. Mogą sobie lepiej wyobrazić, jak wygląda operacja czy jakie mogą być po niej powikłania – mówi dr Meyer-Szary. W przyszłości prof. Sabiniewicz chce uruchomić na Gdańskim Uniwersytecie Medycznym fakultet, w ramach którego studenci dowiedzą się więcej o możliwościach wykorzystania technologii 3D w medycynie.

Wydrukowany model serca ułatwia też lekarzowi rozmowę z pacjentem, np. na oddziale pediatrycznym lekarz często musi wyjaśnić rodzicom, na czym polega skomplikowana wada serca ich dziecka. – Mogę mówić np. o koarktacji aorty, ale mogę też pokazać: proszę pani, to jest serce pani dziecka. Ten odcinek jest zwężony – tak być powinno, a tak jest. Tę część trzeba wyciąć, a w tym miejscu – poszerzyć – tłumaczy Sabiniewicz. – To bardzo ułatwia nam pracę, a pacjent kiedy bierze taki model do ręki od razu zaczyna lepiej rozumieć.

Tym samym druk 3D może się przyczynić do uzyskiwania przez lekarza świadomej zgody na zabieg, bo tylko jeśli pacjent rozumie, co się z nim będzie działo podczas operacji, może się na nią zgodnie z prawem zgodzić. – Kiedyś posługiwaliśmy się kartką i ołówkiem, żeby wytłumaczyć rodzicom pacjentów, jak wygląda wada i na czym polega. Dzisiaj możemy im pokazać trójwymiarowy model – mówi dr Meyer-Szary.

Druk żywego serca

Pytanie, które coraz częściej zadają sobie naukowcy, dotyczy tego, czy kiedyś będziemy drukować żywe organy. Taka technologia mogłaby zrewolucjonizować współczesną transplantologię.

– Wierzę, że najbliższych latach wydrukujemy serce z żywych komórek. Tak naprawdę serce jest jednym z prostszych organów, nie wydrukujemy mózgu, nie wydrukujemy nerki, ale tu – jest szansa – mówi prof. Sabiniewicz.

Niecałe dwa tygodnie po moim spotkaniu z lekarzami w Gdańsku naukowcy z Tel Awiwu w niemieckim piśmie „Wiley-VCH” ogłosili, że wydrukowali pierwsze serce – z komórkami, naczyniami krwionośnymi i komorami. Nowy organ jest mały, wielkości serca królika. Przejdzie jeszcze daleką drogę, zanim zostanie wszczepiony do żywego organizmu, ponieważ na razie nie bije – a tym samym nie może spełniać swojej podstawowej funkcji, czyli pompować krwi. Teraz naukowcy będą pracować, żeby go tego „nauczyć”. Serce zostało wydrukowane z tkanki tłuszczowej. Dzięki temu w przyszłości, kiedy będzie wykonane z własnych komórek biorcy, ciało nie będzie starało się go odrzucić jako obcego organu.

Tworzenie modeli wymaga na razie od lekarzy interdyscyplinarnych umiejętności – dr Meyer-Szary wykorzystuje tu swoją znajomość grafiki komputerowej. Na razie przygotowaniem modeli zajmują się sami lekarze, ale to etap przejściowy. W przyszłości – zdaniem dr Meyer-Szarego – modele trójwymiarowe będą tworzone przez techników radiologicznych. Lekarz będzie tylko nadzorował cały proces i zatwierdzał wynik końcowy. Nie jest to też proces, jak tłumaczy lekarz, który będzie można w całości zautomatyzować, bo jest wieloetapowy i wymaga podjęcia wielu decyzji, do których potrzebna jest wiedza medyczna. Druk 3D tym samym otwiera nowe ścieżki kariery w medycynie.

Wycieczka do wnętrza ciała w AR

Wyobraźmy sobie chirurga jutra. Ma na sobie swój stały zestaw: maskę, fartuch i transparentne gogle do rozszerzonej rzeczywistości (AR – augmented reality). Urządzenie jest jego suflerem.

Podczas operacji w rogu pomieszczenia widzi zmieniającą się w czasie rzeczywistym trójwymiarową, półprzezroczystą wizualizację wnętrza ciała pacjenta. Wyciąga dłoń w powietrzu i przybliża sobie obraz. Albo wydaje komendę głosową, żeby go obrócić. Cały czas też konsultuje przypadek pacjenta ze swoim kolegą, który w takich samych goglach uczestniczy w operacji 400 kilometrów dalej.

Właśnie w tym kierunku chcą iść lekarze z UCK. Już niedługo chcą uruchomić we współpracy z krakowską firmą MedApp pracownię diagnostyki obrazowej z wykorzystaniem gogli do rozszerzonej rzeczywistości HoloLens Microsoftu.

– Koledzy mnie pytają, po co to wszystko. Najbardziej uczciwa odpowiedź brzmi: na razie jeszcze szukamy do tego zastosowań. Jest to pionierskie zastosowanie tej technologii i nie dowiemy się, dopóki nie zrobimy jednego, dwóch, trzech zabiegów. Ale już dzisiaj zaczynamy widzieć pierwsze korzyści. Wykorzystujemy gogle przy zabiegach inwazyjnych, ale takich, które są alternatywą dla niektórych zabiegów na otwartym sercu – mówi prof. Sabiniewicz. – Operator nakłuwa jedynie żyłę pacjenta i tą drogą – jak przez dziurkę od klucza – cewnikiem porusza się wewnątrz jego ciała. Dzięki goglom może w trakcie operacji w czasie rzeczywistym zobaczyć to, co jest w środku. Wydając komendy głosowe lub ruchami rąk w powietrzu, może sobie przybliżyć, obrócić lub podzielić model, żeby zaraz tymi rękami zacząć pracować – dodaje.

Pierwszą operację z użyciem gogli naukowcy w ośrodku w Gdańsku już przeprowadzili. Był to zabieg zamknięcia ubytków w przegrodzie przedsionkowej. Technologię tę wykorzystuje się też m.in. w ośrodkach w Krakowie, Warszawie czy Rzeszowie.

Operacja przez internet?

Z kolei 22 czerwca 2017 r. przeprowadzono w Polsce pierwszą na świecie międzynarodową teletransmisję. Odbyła się ona pomiędzy lekarzem z HoloLens w Krakowie a trzema ośrodkami w Belgii. Każdy użytkownik okularów w czasie rzeczywistym widział ten sam obraz serca. Gogle HoloLens zostały też niedawno zatwierdzone jako urządzenie medyczne przez amerykańską Agencję Żywności i Leków (FDA). Na niektórych amerykańskich uniwersytetach są one wykorzystywane do nauki studentów. Podczas zajęć każdy z nich ma zestaw HoloLens, a profesor prowadzi ich przez interaktywną lekcję anatomii.

Co będzie następne? Chirurg, np. w szpitalu w Krakowie, będzie przeprowadzać operację na pacjencie w Warszawie. Wszystko za pośrednictwem konsoli zdalnie sterującej operującym na miejscu robotem.

Pierwsza zdalna operacja serca już się zresztą odbyła w 2010 r. w Glenfield Hospital w Leicester w Wielkiej Brytanii. Podstawową zaletą teleoperowania jest to, że chirurg przestaje być wystawiony na szkodliwe promieniowanie rentgenowskie wykorzystywane do monitorowania pacjenta. Oczywiście, o ile ma dobre połączenie z internetem.