Универсальная литейная форма для создания трёхмерных моделей кровеносных сосудов Российский патент 2024 года по МПК A61F2/06 

Изобретение относится к медицине, а именно к сосудистой хирургии, регенеративной медицине и тканевой инженерии, и может использоваться для получения гидрогелевых моделей кровеносных сосудов диаметром от 3 до 13 мм и длиной от 5 до 20 см с толщиной стенки от 1 мм и более.

Сосудистая хирургия и ангиология нуждаются в разработке моделей кровеносных сосудов нового типа и технологии их получения. Имеющиеся сегодня сосудистые трансплантаты склонны к высоким 5-летним рискам развития таких критически важных осложнений, как тромбообразование, стенозирование, иммунологическое отторжение, инфицирование и др. Возможным вариантом решения проблемы является получение биоинженерных сосудистых моделей, в том числе при помощи технологии формовки.

Известен способ создания моделей кровеносных сосудов при помощи биопринтинга [US 9851706 B2, опубл. 26.12.2017]. Он основан на послойной печати биопринтером структуры артерии двумя типами гидрогелей: «биочернилами», содержащими клетки, формирующими стенку сосудистого графта и опорным гидрогелем, необходимым для поддержания формы артерии в процессе печати. После затвердевания «биочернил» гидрогель-опору удаляют, высвобождая таким образом модель кровеносного сосуда. Преимуществом метода является возможность получения артериальных моделей любой формы и величины.

Однако, существенными недостатками данного способа являются высокая стоимость биопринтера, требования к обучению и квалификации обслуживающего персонала и некоторая неточность параметров получаемых сосудистых моделей за счёт эффекта деформации «биочернил» в процессе их затвердевания.

Другой запатентованной методикой является способ изготовления искусственных сосудистых протезов методом электроспиннинга из биорезорбируемых искусственных материалов с добавлением в стенку факторов роста и хемоаттрактантов [RU 2642259, опубл. 21.01.2018]. Для его создания приготавливаются 2 смеси полимеров с факторами роста клеток сосудистой стенки, после чего полученные композиции наносят в электромагнитном поле на вращающуюся иглу с сохранением дифференциации слоёв, созданных разными смесями полимеров.

Однако, и этот способ имеет ряд недостатков: длительность процесса изготовления сосудистого графта, высокий расход электроэнергии, сложность масштабирования, высокая цена оборудования и трудности в адаптации методики электроспиннинга под изготовление графтов больших размеров.

Прототипом предлагаемого нами изобретения является литейная форма для создания тканеинженерного сосудистого протеза [RU 2780293C1, опубл. 21.09.2022]. Данное устройство изготавливается методом 3D-печати, состоит из 13 деталей 5 различных типов и подходит для многоразового получения сосудистых моделей на основе альгинатных гидрогелей.

Однако, недостатком описанной литейной формы является однотипность получаемых моделей кровеносных сосудов, т.к. она рассчитана на получение структур фиксированной длины, диаметра и толщины стенки.

Задачей данного изобретения является получение возможности изготовления широкого ряда моделей кровеносных сосудов длиной от 5 до 20 см, диаметром от 3 до 13 мм, толщиной стенки от 1 мм и более, сочетая в себе при этом возможность задать различные варианты ветвления сосудам.

Техническим результатом изобретения является создание универсальной литейной формы модульного типа, удовлетворяющей требованиям задачи, пригодной для многократного использования с альгинатными гидрогелями и изготавливаемой по технологии фотополимерной 3D-печати.

Описание чертежей:

Фиг. 1. Внутренняя деталь линейного модуля.

Фиг. 2. Внешняя деталь линейного модуля.

Фиг. 3. Деталь рамы бифуркационного модуля.

Фиг. 4. Внешняя деталь переходника №1.

Фиг. 5. Внутренняя деталь переходника №1.

Фиг. 6. Внешняя деталь переходника №2.

Фиг. 7. Внутренняя деталь переходника №2.

Фиг. 8. Внешняя деталь переходника №3.

Фиг. 9. Внутренняя деталь переходника №3.

Фиг. 10. Зажимы.

Фиг. 11. Соединитель.

Фиг. 12. Крышка.

Фиг. 13. Площадка поршня.

Фиг. 14. Ствол поршня.

Фиг. 15. Поднаконечниковая деталь.

Фиг. 16. Комплект наконечников 3-13 мм.

Фиг. 17. Подставка.

1 - Циркулярный выступ

2 - Полукружные вырезки

3 - Боковые шипы

4 - Боковые пазы

5 - Фронтальный шип

6 - Фронтальный паз

7 - Направляющий желоб

8 - Направляющая рельса

9 - Полутруба

10 - Шип зажима

11 - Паз зажима

12 - Дуга зажима

13 - Отверстия соединителя

14 - Выступ крышки

15 - Вырезка крышки

16 - Стержень

17 - Канал

Осуществление изобретения производится следующим образом:

Изобретение состоит из 17-ти типов деталей: внутренняя и внешняя часть линейного модуля, деталь рамы бифуркационного модуля, внешние и внутренние детали переходников №1-3, зажимы, соединитель, крышка, площадка поршня, ствол поршня, поднаконечниковая деталь, комплект наконечников 3-13 мм, подставка. Перечисленные детали образуют несколько модулей: «линейный модуль», «бифуркационный модуль», «полимеризующий модуль», «опорный модуль». Линейный модуль служит для получения трёхмерных моделей кровеносных сосудов неразветвлённого типа, бифуркационный модуль - для формирования моделей кровеносных сосудов сложного разветвлённого строения, полимеризующий модуль - для затвердевания альгинатных гидрогелей, на основе которых изготавливаются модели кровеносных сосудов, опорный модуль - для поддержания стабильности универсальной литейной формы и удобства использования. В зависимости от целей использования и конфигурации необходимой для получения модели кровеносного сосуда происходит сборка и соединение друг с другом нужных модулей, в полукружные вырезки и полутрубы заливается альгинатный гидрогель, через вырезки крышки при помощи поршня происходит заливка полимеризующего раствора внутрь универсальной литейной формы, благодаря которому осуществляется затвердевание трёхмерной модели кровеносного сосуда. По окончании процесса затвердевания изобретение разбирается на составляющие его детали с высвобождением готовой сосудистой модели.

Процесс сборки модулей можно описать так:

Сборка линейного модуля осуществляется путём вставки внутренней детали линейного модуля (фиг. 1) во внешнюю деталь линейного модуля (фиг. 2) таким образом, что полукружные вырезки (2) одинакового диаметра сопоставляются друг с другом, формируя каналы циркулярной формы. При необходимости удлинения моделей кровеносных сосудов возможно соединение линейных модулей друг с другом через циркулярные выступы (1).

Сборка бифуркационного модуля осуществляется путём формирования переходников №1-3 путём вставки соответствующих деталей друг в друга (фиг. 4,5,6,7,8,9) таким образом, что полутрубы (9) одинакового диаметра сопоставляются друг с другом, формируя целые трубы диаметром от 5 до 15 мм. Затем происходит формирование рамы бифуркационного модуля из 6 деталей рамы бифуркационного модуля (фиг. 3) при помощи соединения боковых шипов (3) с боковыми пазами (4) и фронтальных шипов (5) с фронтальными пазами (6) таким образом, что образуется ветвящаяся структура с тремя трубчатыми направляющими, отходящими друг от друга под углом 120 градусов. Последним этапом является закрепление переходников внутри рамы бифуркационного модуля путём сопоставления направляющих желобов (7) с направляющими рельсами (8). В случае необходимости получения более сложных ветвлений сосудистых моделей переходники могут быть соединены друг с другом зажимами (фиг. 10), крепящимися друг к другу и к переходникам при помощи шипа, паза и дуги (10, 11, 12).

Сборка полимеризующего модуля осуществляется путём вставки крышки (фиг. 12) в соединитель (фиг. 11) при помощи выступов (14) и отверстий (13). Далее происходит формирование поршня из площадки (фиг. 13), ствола (фиг. 14), поднаконечниковой детали (фиг. 15) и комплекта наконечников 3-13 мм (фиг. 16) посредством системы стержней (16) и каналов (17). Получившийся поршень закрепляется в конструкции модуля через вырезки (15) крышки.

Опорный модуль состоит из одной детали - подставки (фиг. 17).

Изобретение относится к медицинcкой технике. Литейная форма для создания трехмерных моделей кровеносных сосудов диаметром 3-13 мм, длиной 5-20 мм и толщиной стенки по меньшей мере 1 мм включает линейный модуль для получения трехмерных моделей неразветвленных кровеносных сосудов, содержащий внутреннюю и внешнюю детали, соединяемые с формированием каналов циркулярной формы. Бифуркационный модуль для получения моделей разветвленных сосудов содержит три переходника с внутренней и внешней деталями каждый, соединяемые с формированием труб. Рама бифуркационного модуля сформирована из деталей, соединенных с помощью фронтальных и боковых шипов и пазов с образованием ветвящейся структуры. Полимеризующий модуль для затвердевания альгинатного гидрогеля, из которого изготавливают модели кровеносных сосудов, содержит крышку, вставленную в соединитель и поршень, включающий площадку поршня, ствол поршня, поднаконечниковую деталь и комплект наконечников. Полимеризующий модуль закреплен с возможностью заливки альгинатного гидрогеля через вырезы крышки в литейную форму. Опорный модуль для поддержания стабильности универсальной литейной формы выполнен в виде подставки. Детали модулей изготовлены методом фотополимерной 3D-печати и соединены с помощью шипов, выступов, направляющих рельс и желобов с возможностью высвобождения готовой модели кровеносных сосудов по окончании процесса затвердевания. Технический результат состоит в обеспечении универсальности литейной формы модульного типа, пригодной для многократного использования. 17 ил.

Литейная форма для создания трехмерных моделей кровеносных сосудов диаметром 3-13 мм, длиной 5-20 мм и толщиной стенки по меньшей мере 1 мм, включающая линейный модуль для получения трехмерных моделей неразветвленных кровеносных сосудов, содержащий внутреннюю и внешнюю детали, соединяемые с формированием каналов циркулярной формы, отличающаяся тем, что содержит бифуркационный модуль для получения моделей разветвленных сосудов, содержащий три переходника с внутренней и внешней деталями каждый, соединяемые с формированием труб, и раму бифуркационного модуля, сформированную из деталей, соединенных с помощью фронтальных и боковых шипов и пазов с образованием ветвящейся структуры, полимеризующий модуль для затвердевания альгинатного гидрогеля, из которого изготавливают модели кровеносных сосудов, содержащий крышку, вставленную в соединитель и поршень, включающий площадку поршня, ствол поршня, поднаконечниковую деталь и комплект наконечников, и закрепленный с возможностью заливки альгинатного гидрогеля через вырезы крышки в литейную форму, и опорный модуль для поддержания стабильности универсальной литейной формы, выполненный в виде подставки, при этом детали модулей изготовлены методом фотополимерной 3D-печати и соединены с помощью шипов, выступов, направляющих рельс и желобов с возможностью высвобождения готовой модели кровеносных сосудов по окончании процесса затвердевания.