Революция в медицине: влияние 3D-печати на здравоохранение

3D-печать, или аддитивное производство, не так нова, как кажется: её корни уходят в 1980-е годы. За последние годы она стала популярным производственным методом для многих клиентов Xometry — в авиации, автопроме, архитектуре, образовании, ювелирном деле и искусстве. В медицине и здравоохранении 3D-печать впечатлила применением для изготовления протезов, медицинского оборудования и даже органов для пересадки. Хотя Xometry пока не печатает органы по запросу, мы реализовали множество других проектов с клиентами из медсферы.

В этой статье — всё о 3D-печати в медицине и здравоохранении.

Что такое медицина и здравоохранение?

Это совокупность практик и процедур по профилактике, лечению, облегчению и исцелению заболеваний, травм и патологий — физических и психических.

«Медицина» — это сфера врачей: назначение лекарств, лечение, операции, психиатрия. «Здравоохранение» — более широкий термин, включающий медицину и сопутствующие услуги: фармацевтов, терапевтов, проектировщиков и производителей медицинской техники.

Как 3D-печать помогает медицине и здравоохранению?

Традиционное производство медтехники требует много ручного труда: из сырья удаляют лишнее фрезеровкой, точением, штамповкой. 3D-печать упрощает процесс, делает его менее трудоемким, часто быстрее и дешевле.

Вместо обработки заготовки 3D-печать наращивает деталь слой за слоем из нитей, смол или порошков. Конструкции создаются в CAD-системах или на основе 3D-сканирования (МРТ, КТ). В здравоохранении работают как крупные производственные подрядчики (вроде Xometry), так и точки обслуживания с собственными принтерами (point-of-care).

Краткая история 3D-печати в здравоохранении

Первый шаг — 1860-е: французский художник Франсуа Вилем изобрел «фотоскульптирование» — создание 3D-модели по множеству изображений объекта под разными углами.

Через столетие, в 1985 году, американский изобретатель Чак Холл запатентовал стереолитографию — первый процесс твердотельной визуализации, ставший основой 3D-печати. В медицину 3D-печать пришла в 2000 году, а уже в 2001 году были напечатаны первые синтетические каркаски для ткани мочевого пузыря. В 2008 году создан первый 3D-печатанный протез ноги.

С тех пор прорывы следуют один за другим: биопечать сосудов (2009), коммерческий запуск 3D-печатанной ткани печени (2014), биопечать сердец и легочных мешков (2019), персонализированная машина для производства лекарств M3DIMAKER™ от FABRX (2020). Сектор неуклонно развивается, 3D-печать стала обыденностью в медицине.

Что может 3D-принтер для медицины и здравоохранения?

Массовое внедрение 3D-печати в медицине обусловлено возможностью полной кастомизации под конкретного пациента. Сфера применения включает:

• имплантаты позвоночника и ортопедические имплантаты;
• протезы конечностей, втулки, комплектующие;
• зубные коронки, мостики, ортодонтические изделия;
• лекарственные формулы и системы доставки (ингаляторы, пластыри, имплантаты);
• слуховые аппараты;
• детализированные анатомические модели по данным конкретного пациента.

Это не полный список. Широко применяются специализированные хирургические инструменты, навигационные шаблоны для операций, лицевые реконструкции. Быстрые правки дизайна по замечаниям хирургов — обычная практика. 3D-печатанные имплантаты изготавливаются разными технологиями и из разнообразных материалов — об этом ниже.

Имплантаты

Быстрое проектирование и производство индивидуальных имплантатов (зубных, позвоночных, тазобедренных) кардинально улучшило медицину. Персонализированные детали сокращают время операций, снижают риск осложнений, исключают необходимость подгонки стандартных имплантатов и уменьшают число инвазивных операций по костной пересадке. Все это ускоряет восстановление и повышает шанс успеха.

Протезы

Персонализация 3D-печатанных протезов — одно из самых впечатляющих применений, ставшее переломным моментом для ампутированных. Протезы рук и ног идеально повторяют анатомию пациента, обеспечивая комфорт и функциональность. Традиционные протезы дороги ($1 500–8 000), требуют длительных изготовления и регулярных инвазивных регулировок.

3D-печатанные протезы дешевле, изготавливаются за день и практически не требуют подгонки. Это критично для детей, быстро перерастающих протезы. Выбор цветов и дизайнов делает процесс менее травмирующим для детей и взрослых.

Анатомические копии

Помимо протезов, создаются анатомические копии для обучения, тренировок и предоперационного планирования. Они точно воспроизводят реальные органы по данным визуализации пациента, позволяя хирургам репетировать сложные операции. Это повышает навыки и уверенность, снижает осложнения. Xometry предлагает полноцветную печать на технологии PolyJet — реалистичные копии с текстурами и цветами. Подробнее на странице услуги PolyJet.

Печать органов и тканей

Биопечать (интеграция живых клеток и биоматериалов) — не услуга Xometry, но именно она заложила основу для 3D-печати органов и тканей. Пока полностью напечатанные печени и почки не стали мейнстримом, прогресс огромен. Ученые работают над новыми подходами. Такие органы могут спасти миллионы жизней, устранив очереди на донорство.

Прочие применения

Для точности и индивидуальности 3D-печать применяется к медицинским приборам и инструментам, персонализированным дозировкам и формулам лекарств (снижает побочные эффекты). Пример — одобренный FDA препарат Spritam от эпилепсии, изготовленный 3D-печатью: таблетка быстрее растворяется.