A Customizable 32P Hydrogel Applicator for Brachytherapy of Skin Hemangioma Based on Machine Learning and 3D-Printing

近距离放射治疗 材料科学 生物医学工程 血管瘤 3D打印 工程制图 计算机科学 放射科 复合材料 医学 工程类 放射治疗
作者
Jingyu Wang,Rang Wang,Peng Chen,Lisha Jiang,Bowen Luo,Xueqian Zhang,Wanjie Bai,Ting Zhang,Jinsong Zhang,Si Hui Tan,Rong Tian,Yiwen Li,Huawei Cai,Yuanting Xu
出处
期刊:Journal of Materials Chemistry B [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d5tb00647c
摘要

Skin hemangioma is a tumor originating from skin blood vessels, which often occurs in infants and children. Brachytherapy with the 32P-based radionuclide applicator is an effective non-invasive therapeutic method. However, the inordinance of lesions is still the main challenge for precise local treatment and radiation protection of normal skins. A radionuclide applicator possessing advanced shape adaptability, favorable radionuclide biodistribution, optimized stress feature, and convenient preparation method is highly required for clinical practice. Herein, we present a customizable polyacrylamide (PAAm) hydrogel-based radionuclide applicator, integrating automatic lesion recognition via machine learning and 3D printing technology. The machine learning algorithm achieved a geometric accuracy of 98.78% in automated lesion contour recognition, providing guaranteed data support for 3D printing. The optimized hydrogel exhibited excellent mechanical properties (elastic modulus: 228 kPa, fracture toughness: 4.51 MJ m-3), rapid curing (<10 min), and promising 32P loading efficiency (>85%). Especially, this system greatly shortened the fabrication time while ensuring precise geometric matching for complex lesions. Through in vitro cell and in vivo tumor-bearing mouse models, the hydrogel loaded with 32P (P-HG) demonstrated favorable biocompatibility and effective therapeutic efficacy. It is believed that the synergy of intelligent recognition, 3D printing, and enhanced hydrogel performance can establish a promising treatment method with great practical potential for precise fitting brachytherapy of skin hemangioma.
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