От изобретения к инновации: эволюция 3D-печати в медицине

3D-печать открыл Чарльз В. «Чак» Халл, у которого возникла идея использовать САПР-софт для создания трехмерных объектов. Халл построил станок, использующий УФ-лазер для гравировки слоев акрила в формы перед их наслаиванием для построения объектов. Он запатентовал «аппарат для производства трехмерных объектов стереолитографией» в 1984 году, что стало рождением 3D-печати.

За три десятилетия 3D-печать нашла применения в отраслях, включая здравоохранение. По мере того как 3D-печать становится более продвинутой и экономически доступной, её медицинские применения продолжают расширяться. 3D-печати можно зачесть за некоторые из самых впечатляющих недавних достижений медицины: 3D-печати сосудистой ткани, протезов, костей, а также множества медицинских устройств, включая хирургические навигаторы, кардиостимуляторы и многое другое.

Как 3D-печать трансформировала здравоохранение

Индустрия здравоохранения была одной из самых ранних последователей 3D-печати. Еще в конце 1990-х – начале 2000-х 3D-печать использовалась для производства стоматологических имплантов и индивидуальных протезов, удивив даже Чарльза Халла, признавшегося, что никогда не ожидал такого влияния 3D-печати на медицину. С тех пор медицинские применения технологии значительно эволюционировали, особенно в последнюю полудекаду.

Поскольку 3D-печать гибка, позволяя быстрые итерации и изменения, она уникально подходит для продуктов вроде протезов и стоматологических имплантов, требующих и высокой кастомизации, и малого объема производства. Например, Coapt, чикагская компания, производящая миоэлектрические системы распознавания образов для протезов верхних конечностей, использует аддитивные технологии для создания полностью отзывчивых протезических рук, кастомизированных под биологию каждого пациента.

3D-печать несет потенциал трансформировать и другие области медицины, особенно ортопедию. С 3D-печатью ортопедические хирурги могут создавать структуры, идеально имитирующие биологию пациента, что может однажды устранить дискомфорт и деградацию, связанные с «универсальными» искусственными костными имплантами. Хотя 3D-печатанные кости еще не в регулярном клиническом использовании, успех нескольких резонансных имплантов продемонстрировал прогресс и обещание технологии.

Куда идем: 3D-печать биоматериалов

Пока 3D-печатанные биоустройства вроде протезов и костей испытывались, тестировались и внедрялись в практику, следующий фронт медицинской 3D-печати — органические миметические устройства — все еще на горизонте. В начале 2000-х команда исследователей в Детской больнице Бостона успешно построила заменяющие мочевые пузыри из коллагена и синтетического полимера вручную методом «скаффолдинга» (каркасирования). Они наслаивали каркасы клетками пациентов испытаний, позволяя им вырастать в функционирующие органы. Семь лет после имплантации все пациенты испытаний оставались в хорошем здоровье.

К сожалению, строительство органов таким образом невероятно дорого и крайне трудоемко. Ища менее затратный по времени и легче воспроизводимый способ производства синтетических органов, исследователь доктор Энтони Атала основал Институт регенеративной медицины Вейк Форест (WFIRM) в 2004 году. Вскоре исследователи WFIRM начали экспериментировать с 3D-печатью синтетических человеческих органов, в конечном счете развив машины, способные последовательно печатать органы и ткани для клинических испытаний.

Однако, несмотря на относительный успех синтетических костей, 3D-печатанные органы остаются далеко от клинической готовности. Разрыв между экспериментальными синтетическими органами и клинически жизнеспособными может лежать на клеточном уровне; поэтому исследователи пытаются применить 3D-печать к живым клеткам, реплицируя человеческие ткани. В 2019 году команда бразильских исследователей успешно биопечатала «органоиды», выполняющие все функции человеческой печени: синтез белков, накопление витаминов, выделение желчи.

Эти миниатюрные печени еще не готовы к трансплантации, но многие эксперты считают, что как только нам удастся успешно реплицировать человеческую ткань 3D-печатью, путь к созданию полнофункциональных человеческих органов будет открыт — и медицина навсегда изменится.

Будущее медицинской 3D-печати

Трудно переоценить потенциал 3D-печати для трансформации здравоохранения. По мере того как аддитивные технологии становятся более доступными и доступными, значительная медицинская инновация кажется достижимее — и всё очевиднее, что услуги 3D-печати сыграют важную роль в революции медицины в следующем десятилетии и далее.

Приспособленная для онлайн-производства, 3D-печать позволяет медицинским исследователям создавать малые объемы деталей для нишевых применений — и быстро менять курс при возникновении новых потребностей, как в случае пандемии COVID-19.

Однако использование технологии 3D-печати — выбор правильных материалов, наиболее эффективных процессов и лучших рабочих процессов — может быть сложным. Партнерствуя с экспертами Fast Radius, вы можете быть спокойны, что мы будем работать с вами на каждом этапе дизайна, прототипирования, производства и исполнения. Мы обеспечим оптимизацию каждого дизайна для производства и соответствие выбора материалов и производственного метода вашим специфическим требованиям. Готовы начать? Свяжитесь с нами сегодня.