Передовые технологии, внедряемые в медицину, повышают успешность сложнейших оперативных вмешательств, улучшают качество жизни пациентов и позволяют врачам принимать более точные решения относительно лечения серьезных патологий и заболеваний.
3D-печать была разработана в конце 80-х годов прошлого века в Массачусетском технологическом институте. И примерно через десять лет его использовали для трансплантации. В 1999 году сотрудники Американского института регенеративной медицины впервые пересадили пациенту орган, созданный с помощью 3D-печати и компьютерной томографии.
Сегодня эта методика занимает значительное место практически во всех областях медицины, в том числе в стоматологии, фармацевтике. Список направлений и возможностей достаточно широк, и сами врачи и исследователи-медики видят в этой технологии большой потенциал.
Применение 3D-печати в медицине
3D-печать внесла большой вклад в развитие медицины. Важным моментом из технологии является индивидуальный подход к лечению пациентов. Методика дает возможность создать анатомическую модель органа или конечности пациента на этапе предоперационного планирования, визуализировать выполнение хирургического вмешательства и, самое главное, подобрать точные размеры инструментов и настроить оборудование для каждого пациента.
Как итог: результат операции предсказуем и в большинстве случаев более эффективен. И это использование 3D-печати — лишь одно из направлений в медицине. Технология также актуальна для:
- создание органов и тканей, что позволяет расширить возможности трансплантологии;
- распечатать модель больной кости, которая может помочь в постановке диагноза;
- производство биосовместимых протезов и индивидуальных имплантатов, способных вернуться к нормальной жизни в случае потери конечностей или других жизненно важных органов;
- печать кровеносных сосудов, способных транспортировать питательные вещества к тканям, а также позволяющая проводить более точные исследования на 3D-моделях;
- изготовление индивидуальных имплантов, позволяющих улучшить слух и зрение, если они были утрачены в результате болезни, травмы или врожденной глухоты и слепоты;
- производство ортезов и ортопедических корсетов. Преимуществом 3D-печати в этом случае будет учет индивидуальных особенностей человека.
Более того, такие современные технологии позволяют создавать уникальные хирургические инструменты, проектировать и реализовывать вспомогательные приспособления.
3D-печать протезов нижних и верхних конечностей
Изготовление активного протеза конечности — сложный и дорогостоящий процесс. Сериализация могла бы несколько удешевить производство, но в этом случае сложно добиться индивидуальности для каждого пациента. Внедрение 3D-печати позволило осуществлять мелкосерийное производство и удерживать доступную цену. И самое главное — каждая деталь максимально точна, а сам принтер может работать с самыми разными материалами.
Не менее важно, что изготовление протеза таким способом происходит быстро, и даже уже придуманы альтернативы, когда пациент может распечатать их самостоятельно. Например, преподаватель Технологического института Сепулу Нопэмбер в Индонезии разработал протез ноги, конструкцию которого можно бесплатно скачать в специальном формате для 3D-принтера. Используя доступные материалы (нейлон, ABS, TPU, PLA), вы можете напечатать его самостоятельно. Такой проект имеет четыре модификации и шесть реализаций, учитывающих индивидуальные особенности пациента.
Конечно, печатать протезы — не лучшее решение, так как они все же не так надежны и функциональны, как бионические, изготовленные в заводских условиях из дорогих материалов. Но изготовление их на принтере дает шанс выйти из затруднительного положения тем, кто потерял конечность, но в данный момент не имеет финансовых средств на покупку бионического протеза.
Печать на 3D-принтере имплантов, органов и тканей
Чтобы понять, как принтеру удается печатать органы, ткани и имплантаты, стоит разобраться в принципе его работы. В отличие от офисного варианта, такое оборудование работает в трех измерениях: ширина, высота, глубина. В процессе печати печатающие головки перемещаются влево, вправо, вниз, вверх, вперед и назад, распределяя материалы слой за слоем, пока не сформируется трехмерный объект. В случае с тканями, органами и имплантатами в качестве основы для их создания используется биоматериал, в основном состоящий из живых клеток. А чтобы их насытиться, берутся стволовые клетки, белок свиного коллагена, морские водоросли или, по возможности, собственные клетки пациента. Перед 3D-печатью их выращивают до нужного количества. Учитывая, что материал по структуре напоминает ткани человеческого организма, а часто является его частью, органы, кости, хрящи, имплантаты хорошо приживаются, и через определенное время их невозможно отделить от собственных клеток.
Современные технологии 3D-печати перспективны для создания:
- новая кожа для ожогов – есть даже экспериментальные разработки, касающиеся возможности печати непосредственно на поверхности человеческого тела. Но пока ученые и медики ищут выход, как предотвратить нагрев кожи от самого оборудования. Преимущество этого варианта пересадки обожженной кожи в том, что она живая, поэтому после пересадки начинает вырабатываться коллаген для более быстрого восстановления;
- кровеносные сосуды, с помощью которых можно заменить пораженные патологиями участки сосудистой системы. Их эластичность регулируется добавлением кислорода в один из слоев. Эта инновационная технология имеет хорошие перспективы, так как открывает неограниченные возможности для лечения больных гипертонией и патологиями сердечно-сосудистой системы;
- внутренних органов, что значительно сократит очередь пациентов, ожидающих трансплантацию. Кстати, мочевой пузырь уже успешно опорожняется, и это позволяет больным отказаться от пожизненного диализа. Несколько трансплантаций отпечатанных почек также были успешными.
В ближайшее время ученые и врачи планируют также подарить надежду людям с заболеваниями сердца и печени с помощью 3D-принтера.
Создание хирургического инструмента и уникальных аппаратов
Технология 3D-печати не только позволяет создавать новые органы или протезы, но и защищает тяжелобольных пациентов. Один из последних примеров — пандемия коронавируса, которая начала распространяться по миру в начале 2020 года. Поэтому из-за массового наплыва пациентов итальянские больницы столкнулись с нехваткой комплектующих для аппаратов ИВЛ. Для спасения жизни пациентов понадобилось множество клапанов Вентури, которые оказалось не так-то просто изготовить быстро. Но выход был, благодаря только 3D-печати. В госпиталь Брешии немедленно доставили принтер, который был настроен для печати этой части. Таким образом, шанс выздороветь дали гораздо большему количеству инфицированных пациентов.
И это только один пример того, как современные технологии помогают медицине. С помощью 3D-печати также успешно производятся средства индивидуальной защиты: медицинские маски, средства защиты органов дыхания, ортезы, заменяющие гипсовые повязки, мобильные детекторы инфекций и хирургические инструменты.
3D-печать в фармацевтики
Печать на 3D-принтерах не обошла стороной и фармацевтическую промышленность, ведь такая технология имеет хорошие перспективы в этой сфере. Его применение позволит использовать принцип персонального подбора лекарств для каждого пациента. С помощью 3D-печати можно изменить профиль высвобождения активного ингредиента так, чтобы эффективность лечения была высокой в каждом отдельном случае. Это относится, в частности, к производству лекарственных средств, растворяющихся в полости рта.
Используя 3D-печать в производстве лекарств, фармацевтические компании могут одновременно реализовать несколько преимуществ:
- снизить себестоимость вещества в результате ухода от сложных и дорогих производственных цепочек;
- возможность создания уникальных лекарственных средств без необходимости запуска крупносерийного производства;
- производство лекарственных средств по индивидуальным рецептам, согласно аптечным традициям, но без необходимости изготовления лекарств вручную.
Первым продуктом, напечатанным на 3D-принтере для лечения пациентов с эпилепсией, стал Spritam от американской фармацевтической компании Aprecia Pharmaceuticals. Благодаря его быстрому растворению в ротовой полости и приятному вкусу больные с такой проблемой могут контролировать состояние и быстро предотвращать эпилептический припадок.
Стоматология и 3D-печать
Лучший контент месяца
- Коронавирус: SARS-CoV-2 (COVID-19)
- Антибиотики для профилактики и лечения COVID-19: насколько они эффективны
- Самые распространенные «офисные» болезни
- Убивает ли водка коронавирус
- Как остаться в живых на наших дорогах?
Печать на 3D-принтере на сегодняшний день наиболее успешно реализована в стоматологии. Интересен тот факт, что в начале 90-х годов прошлого века эта технология активно использовалась для изготовления колпачков на зубы. И это стало началом более активного развития методологии в этой отрасли. По общему признанию, потребовалось 20 лет, чтобы напечатать первый зубной имплантат. В 2012 году Layer Wise сделала именно это. В том же году пациенту впервые была имплантирована титановая челюсть, напечатанная на принтере.
Сегодня технологии значительно подняли уровень качества и стали незаменимым помощником стоматолога. С помощью 3D-печати изготавливают коронки, виниры и мостовидные протезы, что ускоряет работу зуботехнической лаборатории. Сочетание принтера с широким спектром материалов, а также возможность предварительного моделирования значительно улучшают исход ортопедического лечения пациентов. А самое главное, отсутствие необходимости изготовления коронок или мостовидных протезов вручную также позволяет сократить расходы и сделать услугу более доступной для пациентов.
Перспективы 3D-печати в медицине и фармацевтике
Любая сфера деятельности не может стоять на месте и обязательно должна развиваться. Использование 3D-печати открывает новые возможности в различных областях и дает надежду многим пациентам, имеющим серьезные внутренние заболевания, лишившимся конечностей или проходящим стоматологическое лечение. Но вопрос о том, станут ли технологии единственным вариантом, весьма спорный. А все потому, что такая методика требует серьезных вложений в клинические исследования, обучение медицинских работников, а также изменения законодательства. И для выполнения этих задач также необходимо время, которое может определить окончательные перспективы 3D-печати в медицине.
Источники
- ↑ Википедия. – Печать органов
- ↑ 3-я часть. — 3D-принтер для медицины
- ↑ 3Dreams. – 3D-печать протезов своими руками в 2021 году
- ↑ rb.ru. — Печать органов: как продвинулись технологии 3D-биопечати и что мешает их развитию
- ↑ www.хабр.com. — Достижения в области 3D-биопечати кожных трансплантатов
- ↑ облтех.ру. — Новая технология 3D-печати сосудов поможет от сердечно-сосудистых заболеваний
- ↑ www.bbc.com. – Печать органов: как делаются уши, кожа и носы на 3D-принтере
- ↑ bit.ua. — Советы от печатника: как 3D-медицина и протезирование помогают людям с ограниченными возможностями
- ↑ Ремедиум.ру. – 3D-печать в аптеках
- ↑ Биомолекула. — Печать лекарств на 3D-принтере
- ↑ Стомшоп. — Все о 3D-принтере в стоматологии: функции, применение, технологии
