3D-печать в медицине используется с начала 1990-х годов, и в последние годы количество направлений использования, значительно возросло в результате того, что технология стала более доступной для пользователей. Ввиду значительного роста точности, существует высокий спрос на индивидуальные медицинские детали, специально предназначенные для конкретного человека. 3D-печать стимулирует производство этих изделий и устройств на заказ. Примеры фактического и потенциального использования 3D-печати в медицине: - Индивидуальные протезы и импланты
- Анатомические модели для хирургического планирования и обучения
- Фармацевтические исследования, включая лекарственные формы и открытия
- Изготовление тканей и органов
- Персонализированные медицинские товары и оборудование
Зачастую для получения оригинальной цифровой модели используются такие методы медицинской визуализации, как рентгенография, компьютерная томография (КТ), сканирование с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) и ультразвук, которые впоследствии используются в 3D-печати.
Существует четыре основных применения 3D-печати в медицинской сфере, которые связаны с последними инновациями: создание тканей и органов, хирургических инструментов, хирургических моделей для конкретного пациента и изготовленное на заказ протезирование.
Биопечать тканей и органов
Одним из многих видов 3D-печати, которая используется в области медицины, является биопечать. Вместо того, чтобы печатать с использованием пластика или металла, биопринтеры используют пипетку с компьютерным управлением для нанесения слоев живых клеток, называемых био-чернилами, друг на друга для создания искусственной живой ткани в лаборатории.
Эти тканевые конструкции могут быть использованы для медицинских исследований, поскольку они имитируют органы в миниатюрном масштабе. Они также проходят испытания в качестве более дешевой альтернативы пересадке органов человека.
Медицинская лаборатория и исследовательская компания Organovo, расположенная в США, экспериментирует с печатью тканей печени и кишечника, чтобы помочь в изучении органов in vitro, а также в разработке лекарств от некоторых заболеваний. В мае 2018 года компания представила доклинические данные о функциональности ткани печени в программе по тирозинемии 1-го типа, состояние, которое препятствует способности организма метаболизировать аминокислоту тирозин из-за недостатка фермента.
Подготовка к операции с использованием 3D-моделей
Другое применение 3D-печати в области медицины - создание реплик органов, специфичных для каждого пациента, которые хирурги могут использовать для практики перед выполнением сложных операций. Было доказано, что этот метод ускоряет процедуры и сводит к минимуму травмы пациентов.
Этот тип процедуры был успешно выполнен в хирургических операциях, начиная с полной трансплантации лица и заканчивая процедурами на позвоночнике, и он становится обычной практикой.
В Дубае, врачи успешно прооперировали пациента, перенесшего аневризму головного мозга в четырех венах, используя 3D-модель артерий, чтобы определить, как безопасно перемещаться по кровеносным сосудам.
В январе 2018 года хирурги в Белфасте успешно практиковались для трансплантации почки 22-летней женщине с использованием 3D-модели почки ее донора. Трансплантация была чревата осложнениями, так как у ее отца, который был ее донором, была несовместимая группа крови, и у его почки была обнаружена потенциально злокачественная киста. Используя трехмерную печатную копию его почки, хирурги смогли оценить размер и расположение опухоли и кисты.
3D печать хирургических инструментов
Стерильные хирургические инструменты, такие как щипцы, гемостаты, ручки скальпеля и зажимы, могут быть изготовлены с использованием 3D-принтеров.
3D-печать производит точные инструменты, а также они могут быть сделаны очень маленькими. Эти инструменты могут использоваться для работы на крошечных участках, не причиняя дополнительного вреда пациенту.
Одним из основных преимуществ использования 3D-печати по сравнению с традиционными методами производства хирургических инструментов является то, что производственные затраты значительно ниже.
В США компания Johnson & Johnson сделала еще один шаг вперед к хирургическим инструментам с 3D-печатью, внедрив персонализацию. С помощью конкретных хирургических инструкций врачам больше не нужно приходить в операционную с серией инструментов разных размеров. Вместо этого они могут использовать компьютерную томографию пациента для создания инструментов, специфичных для анатомии, что сокращает время операции и повышает эффективность.
Протезирование и импланты с использованием 3D-печати
3D-печать в области медицины может быть использована для изготовления протезов, которые настроены в соответствии с потребностями пользователя. Люди с ампутированными конечностями обычно ждут недели или месяцы, чтобы получить протез по традиционному методу изготовления. Тем не менее, 3D-печать значительно ускоряет процесс, а также создает гораздо более дешевые продукты, которые предлагают пациентам те же функциональные возможности, что и традиционно изготавливаемые протезы.
Более низкая цена этих продуктов делает их особенно пригодными для использования детьми, которые быстро перерастают свои протезы.
3D-печать также позволяет пациенту разработать протез, который напрямую соответствует его потребностям. Например, Body Labs создала систему, которая позволяет пациентам моделировать свои протезы на собственных конечностях посредством сканирования, чтобы создать более естественную форму и внешний вид. Кроме того, исследователи из Массачусетского технологического института стремились разработать более удобные протезные гнезда.