Революция в медицине:влияние 3D-печати на здравоохранение

3D-печать, более известная как аддитивное производство, не так уж нова, как думают люди. Он появился в 1980-х годах, но в последние годы стал популярным методом производства для многих клиентов Xometry, в том числе в аэрокосмической, автомобильной, архитектурной, образовательной, ювелирной и художественной сферах. В медицине и здравоохранении его широко используют для изготовления протезов, медицинского оборудования и даже органов для замены. Хотя Xometry еще не печатала органы по требованию в 3D (пока?), существует множество других приложений в этой области, над которыми мы работали с нашими клиентами в сфере медицины и здравоохранения.

В этой статье мы расскажем все, что нужно знать о 3D-печати в медицине и здравоохранении.

Что такое медицина и здравоохранение?

Во-первых, давайте кратко рассмотрим, что именно мы подразумеваем под медициной и здравоохранением. Это общие термины, которые относятся ко всем практикам и процедурам, связанным с профилактикой, лечением, облегчением и лечением болезней, болезней, травм и других заболеваний, как физических, так и психических.

«Медицина» используется для описания аспектов, с которыми приходится иметь дело врачам и медицинским работникам, таких как назначение реальных лекарств, лечение пациентов, проведение операций и психиатрические услуги. «Здравоохранение» – более широкий термин, охватывающий медицину, а также вспомогательные службы, например фармацевтов, терапевтов и даже тех, кто разрабатывает и производит медицинское оборудование.

Как технология 3D-печати помогает медицине и здравоохранению?

Традиционное производство в здравоохранении предполагает использование большого количества ручного труда для создания медицинского оборудования с нуля. В процессе берется сырье и удаляются секции посредством шлифования, резьбы и механической обработки до тех пор, пока не будет изготовлен конечный продукт. 3D-печать сделала этот процесс проще, гораздо менее трудоемким, а иногда и быстрее и дешевле. 

3D-печать не формирует кусок материала для изготовления изделий, а строит их слой за слоем, используя нити, смолы или плавленые порошки. Проекты продуктов обычно создаются с использованием программного обеспечения для компьютерного проектирования (САПР), но также возможно создавать модели на основе 3D-сканирований, выполненных с помощью аппаратов цифровой резонансной томографии (МРТ). В сфере здравоохранения вы можете найти как крупных производителей 3D-печати, таких как Xometry, так и предприятия по печати на местах.

Краткая история 3D-печати в здравоохранении

Хотя ему еще не исполнилось 150 лет, первый признак того, что люди на правильном пути в области 3D-печати, появился в 1860-х годах, когда Франсуа Виллем, французский художник, изобрел метод «фотолепки». Это включало в себя фотографирование (ну, в те времена это были рисунки) объекта под разными углами, а затем использование этих изображений для создания трехмерного представления. 

Целую сотню и несколько лет спустя, в 1985 году, американец из Колорадо по имени Чак Холл изобрел первый процесс твердотельного изображения, также известный как стереолитография. Это был первый шаг к созданию 3D-принтеров. Индустрия здравоохранения начала использовать 3D-печать в 2000 году, а год спустя были напечатаны первые синтетические каркасы для тканей мочевого пузыря человека. В 2008 году был изготовлен первый в мире протез ноги, напечатанный на 3D-принтере.

С тех пор произошло много достижений в области 3D-печати в медицине и здравоохранении. Кровеносные сосуды были напечатаны на 3D-принтере (процесс интеграции живых клеток и биоматериалов) в 2009 году, а 3D-печатная ткань печени человека была коммерчески запущена в 2014 году. Ученые начали биопечать сердца и легочных мешков в 2019 году. Год спустя британская биотехнологическая компания FABRX представила персонализированную машину для изготовления лекарств под названием M3DIMAKERTM. С тех пор этот сектор только продвинулся вперед:3D-печать стала обычным явлением в медицине и здравоохранении.

Что может сделать 3D-принтер для медицины и здравоохранения?

3D-печать получила широкое распространение в медицине и здравоохранении, во многом благодаря тому, что все можно настраивать в соответствии с потребностями пациента. К ним относятся спинальные и ортопедические имплантаты, протезы конечностей, гильзы и детали, зубные коронки, мосты и другие ортодонтические устройства, лекарственные формы и устройства доставки (например, ингаляторы, пластыри и имплантаты), слуховые аппараты и подробные анатомические модели, основанные на реальных пациентах и их личных потребностях.

Но это еще не все! Его обычно используют для изготовления специализированных и индивидуальных хирургических инструментов, процедурных руководств и даже реконструкции лица. Более того, используя ценные отзывы хирургов, можно быстро и точно внести коррективы в конструкцию. Имплантаты, напечатанные на 3D-принтере, изготавливаются с помощью множества различных процессов 3D-печати из различных материалов, о которых мы поговорим ниже. А сейчас давайте более подробно рассмотрим некоторые из этих приложений. 

Имплантаты

Возможность быстро и точно проектировать и производить индивидуальные имплантаты для пациентов, включая зубные, спинальные и тазобедренные имплантаты, значительно улучшила мир медицины. Эти персонализированные детали позволяют сократить время операции, уменьшить осложнения, необходимость вручную изменять имплантаты стандартного размера и количество инвазивных операций по пересадке костной ткани, которые врачам приходится выполнять. Все эти факторы приводят к более быстрому выздоровлению пациентов и увеличению шансов на успех.

Протезирование

Возможность персонализировать протезы, напечатанные на 3D-принтере, несомненно, является одним из самых впечатляющих способов использования этого метода в здравоохранении, и он полностью изменил правила игры для людей с ампутированными конечностями. Эти части, в том числе руки и ноги, идеально соответствуют телу пациента, обеспечивая больший комфорт и функциональность. Традиционные протезы и их компоненты чрезвычайно дороги (от 1500 до 8000 долларов США) и требуют обширных и довольно инвазивных регулярных ручных корректировок. Не говоря уже о том, что их заказ и изготовление занимают много времени.

Протез, напечатанный на 3D-принтере, часто оказывается более экономичным. Он также имеет быстрое время выполнения (в некоторых случаях всего один день) и требует гораздо меньше корректировок благодаря тому, что он полностью индивидуален. Эти факторы особенно полезны для детей, которые быстро перерастают протезы. 3D-печать также помогает сделать не очень приятный процесс более терпимым как для детей, так и для взрослых, поскольку они могут выбирать различные цвета, дизайны и стили своих протезов.

Анатомические копии

Помимо протезирования, можно создавать анатомические копии для использования в образовании, обучении и предоперационном планировании. Эти отпечатки очень точно, если не точно, имитируют реальные органы, созданные на основе реальных данных визуализации пациента, чтобы позволить практикующим врачам репетировать свои операции перед большим событием. Можно моделировать сложные операции, что позволяет врачам и стажерам совершенствовать свои навыки и уверенность в себе, чтобы уменьшить количество осложнений и увеличить шансы на успех. В Xometry мы предлагаем полноцветную печать с помощью технологии 3D-печати PolyJet, которая позволяет нам создавать реалистичные копии с реалистичными текстурами и цветами. Вы можете узнать больше об этой технологии на нашей странице обслуживания PolyJet.

Печать органов и тканей

Биопечать, а не услуга, которую предлагает Xometry, использовалась для создания каркасов, напоминающих человеческие ткани, и стала первым шагом в производстве органов и тканей, напечатанных на 3D-принтере. Хотя органы, напечатанные на 3D-принтере, такие как печень и почки, еще не получили широкого распространения, уже достигнут большой прогресс. Исследователи постоянно работают над новыми технологиями и подходами, чтобы реализовать их как можно скорее. Эти искусственные органы могут спасти миллионы жизней, поскольку больным людям не нужно будет стоять в длинных списках ожидания или просто надеяться на лучшее.

Другие приложения

Для большей точности и индивидуальной настройки медицинские устройства и инструменты, специально адаптированные для каждого пациента, могут быть (и сейчас печатаются) на 3D-принтере в сфере здравоохранения. Этот метод также используется для индивидуальных доз и формул лекарств. Это снижает вероятность неприятных побочных эффектов. Например, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило препарат от эпилепсии Spritam, изготовленный с помощью 3D-печати. Этот процесс улучшил это лекарство и облегчил его растворение по сравнению с другими таблетками.