Production of 3D-printed ribs with a novel material (Nylon 680 Co-Polymer) for chest wall reconstruction on a pig model: Preliminary results of an experimental study

Abstract

Aim: Three-dimensional (3D) printing has gained popularity among all fields of science in recent years. New research studies about the utilization of 3D printing in the medical field, in terms of medical devices and implants, have been published recently. We tried to adapt this technology into thoracic surgery by implanting 3D produced ribs following chest wall resection with a novel material called Nylon 680 Co-Polymer. We, hereby, present the preliminary results of this experimental study. Materials and Methods: We ordered multi detector computerized tomography of the chest for 2 pigs. We measured the area that we planned to resect on chest wall and used the data for printing custom-made rib for the reconstruction of the resected area. Then, we produced ribs with a USA Food and Drug Administration approved material called Nylon 680 Co-polymer (Taulman 3D, Saint Peters, MO, USA) by using 3D printer (Afinia H480, Chanhassen, MO, USA). Pigs were operated under general anesthesia and the resected areas were reconstructed with custom-made 3D printed ribs. Results: One of the pigs passed away due to myocardial infarction while waking up from anesthesia. We followed up the other pig for 45 days. Then, we sacrificed the animal and resected the operated part for histopathological evaluation. Histopathologic evaluation revealed moderate chronic inflammation with few giant cells containing pigmented foreign bodies. Conclusion: Although we need more studies, it is an important step for adapting 3D-printing into thoracic surgery. Additionally, it is important to identify a potential new material (Nylon 680 Co-polymer) for the future studies. We can use this new material for 3D-printed implant and mesh production, which enables us to produce custom-made products with lower cost in shorter time

Üç boyutlu (3D) baskı son yıllarda tüm bilim dalları arasında popülerlik kazanmıştır. 3D yazıcılarda kullanılabilen Nylon 680 Co-polymer adlı yeni bir malzeme ile kaburga üreterek, domuzlarda göğüs duvarı rekonstrüksiyonu için kullanmayı amaçladık. Bu yeni malzeme ile gerçekleştirilen deneysel çalışmanın ön sonuçlarını sunmaktayız. Gereç ve Yöntem: Göğüs duvarında rezeke etmeyi planladığımız iki domuza çok kesitli bilgisayarlı toraks tomografisi çektirerek rezeke edeceğimiz alanı ölçtük. ABD Gıda ve İlaç Dairesi onaylı Nylon 680 Co-Polymer (Taulman 3D, Saint Peters, MO, ABD) ile 3D yazıcı kullanarak kaburgalar ürettik (Afinia H480, Chanhassen, MO, ABD). Denekleri opere ederek göğüs duvarı rezeksiyonu sonrası yeni üretilmiş kaburgalar ile göğüs duvarı rekonstrüksiyonu gerçekleştirdik. Bulgular: Deneklerden bir tanesi anesteziden uyanırken miyokard enfarktüsü nedeniyle kaybedildi. Diğer domuz 45 gün boyunca, deney hayvanları için barınak olan merkezde 45 gün boyunca takip edildi. Sonrasında sakrifiye edildi ve opere edilmiş olan alan histopatolojik inceleme için rezeke edildi. Histopatolojik değerlendirme, pigmente yabancı cisimler içeren dev hücreler ve orta derecede kronik enflamasyon olarak yorumlandı. Sonuç: Bu çalışma 3D yazıcı teknolojisinin göğüs cerrahisi alanında kullanımı açısından önemlidir. Ayrıca yeni bir malzeme olan Nylon 680 Copolymer’in tanımlanması yeni bir çalışma alanı oluşturmaktadır. Bu yeni malzeme ile hastalara özel tasarlanmış implantlar veya meşler kısa süre içinde üretilebildiği gibi çok daha ucuza mal edilebileceği ön görülmektedir.