Структурная и физико‑химическая стабильность 3D‑печатных болюсных материалов, используемых в радиотерапии

Почему форма облучения имеет значение

Когда врачи применяют радиотерапию для лечения рака, они направляют мощные рентгеновские лучи на опухоли, расположенные прямо под кожей. Чтобы поразить опухоль и при этом сберечь здоровые ткани, часто на кожу пациента кладут индивидуальную прокладку — болюс. Эта прокладка тонко меняет распределение максимальной дозы излучения. Сегодня многие клиники исследуют 3D‑печать для создания идеально подогнанных болюсов, но важный вопрос остаётся открытым: сохраняют ли пластики, из которых печатают такие прокладки, свои свойства после облучения лечебными дозами радиации?

Индивидуальные прокладки для сложной анатомии

Традиционные болюсы часто формуют вручную из воска или гелей — это может быть медленно и сложно воспроизводимо между сеансами. С помощью 3D‑печати клиницисты могут спроектировать прокладку по данным медицинских сканов, улучшая комфорт и уменьшая микропросветы воздуха, которые искажают дозу. Это особенно важно в таких областях, как голова и шея, где поверхность неровная, а критические органы расположены близко к коже. В исследовании рассмотрены два пластика, часто используемые в 3D‑принтерах: ABS — жёсткий и широко доступный пластик, и TPC — более гибкий материал, который лучше облегает тело.

Подставляем 3D‑печатные пластики под луч

Чтобы имитировать условия реального лечения раком, исследователи напечатали небольшие блоки из ABS и TPC и подвергли их суммарной рентгеновской дозе 70 Гр — примерно эквиваленту полного курса радиотерапии. До и после облучения они измеряли размеры, твёрдость, шероховатость поверхности, коэффициент трения, а также внутренние изменения структуры и термические характеристики. Эти тесты показывают, сохранит ли болюс форму, будет ли он по‑прежнему хорошо прилегать к коже и не трескаться ли при многократном использовании. Мелкие изменения толщины или текстуры, даже на доли миллиметра, могут изменить распределение дозы для поверхностных опухолей.

Как ведут себя два пластика

Оба материала после облучения сохранили практически те же размеры: у ABS зафиксировано лишь очень небольшое, но измеримое изменение толщины, тогда как TPC оставался размерно стабильным. Поверхности обоих материалов стали более гладкими, что может улучшать контакт с кожей и уменьшать воздушные зазоры. Однако у ABS наблюдались более выраженные признаки деградации поверхности и резкое снижение трения на 70%, то есть он стал легче скользить по коже. TPC, напротив, показал незначительные изменения коэффициента трения и поведения при износе, что указывает на более предсказуемую поверхность при повторном обращении. Твёрдость обоих материалов слегка возросла, что помогает сохранять форму, но может уменьшать их способность идеально обтекать сложную анатомию.

Что происходит внутри материалов

Чтобы понять влияние радиации на молекулярном уровне, команда использовала инфракрасную спектроскопию для выявления химических «отпечатков» и термический метод для проверки реакции полимеров на нагрев. В ABS обнаружили признаки лёгкого повреждения: ослабление сигналов некоторых химических групп, связанных с его резинизированной составляющей, а также появление признаков окисления и небольших перестроек в цепях. Температура стеклования ABS понизилась примерно на три градуса Цельсия, что указывает на небольшое внутреннее разрушение. В TPC спектральные изменения были незначительными, а поведение при плавлении и размягчении практически не изменилось, что свидетельствует о лучшей радиационной стойкости.

Что это значит для пациентов

Для повседневной клинической практики результаты говорят о том, что 3D‑печатные болюсы из ABS и TPC способны выдерживать реалистичные лечебные дозы и выполнять свою задачу по формированию пучка излучения. При этом TPC выглядит более стойким: он менее подвержен химическим и механическим изменениям, остаётся гибким и сохраняет более стабильную поверхность. Такое сочетание может обеспечить лучшее прилегание к коже, меньше воздушных зазоров и более надёжную доставку дозы на протяжении множества сеансов. Авторы делают вывод, что существующие ABS‑болюсы остаются пригодными к использованию, но TPC представляет собой особенно перспективный материал для будущих персонализированных болюсов. Дальнейшая работа направлена на проверку того, как эти тонкие изменения свойств материалов влияют на реальный контакт с кожей и распределение дозы в клинических условиях.

Цитирование: Jezierska, K., Borůvka, M., Ryvolová, M. et al. Structural and physicochemical stability of 3D-printed bolus materials used in radiotherapy. Sci Rep 16, 6611 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36952-x

Ключевые слова: болюс для радиотерапии, 3D‑печать, пластик ABS, термопластичный кополэстер, воздействие радиации на материалы