Когда-то медицинская 3d-печать была лишь амбициозной несбыточной мечтой, однако прогресс и инвестиции делают ее все более реальной. Первые методы 3d-печати появились в 1986 г. В последние десятилетия они получили широкое распространение.
Что такое биопечать
3d-печать представляет собой процесс, посредством которого на основе цифровой модели создается трехмерный твердый объект практически любой формы.
Все начинается с выбора целевой анатомической области и разработки 3d-геометрии. Большое значение в 3d-печати имеет хорошая визуализация, которая создается на основе медицинских изображений КТ или МРТ. Исходные изображения представляют собой тончайшие срезы и непременно тщательно проверяются рентгенологом и лечащим врачом. Далее происходит выбор 3d-принтера и материалов. В процессе печати исходная цифровая модель «нарезается» на поперечные сечения. Затем, так же послойно, 3d-принтер воспроизводит объект. В результате печати исходные материалы претерпевают изменения – происходит их отвердевание.
Выбор материала определяется целью 3d-печати, а также самой моделью: к примеру, самой простой биологической тканью, которую можно получить с помощью 3d-печати, являются кости, поскольку они являются жесткими. Что касается мягких тканей, то разрыв между 3d-печатной анатомической моделью и реальными тканями человека еще значительный, и в этом направлении необходимы углубленные исследования. На сегодняшний день успехи достигнуты в воспроизводстве хрящевых тканей, артерий, печеночных сегментов, клапанов сердца.
Области применения 3d-печати
С каждым годом технология 3d-печати открывает все больше и больше приложений в области медицины, помогая сохранить и улучшить жизнь людей революционно новыми способами. Скорость роста рынка биопечати в ближайшие годы трудно переоценить: спрос на донорские органы намного превосходит «предложение», особенно велика потребность в мягких тканях, которые применяются в реконструктивных операциях – после травм, ожогов, после инфекционных заболеваний, удаления опухолей, при врожденных пороках развития. По некоторым оценкам, в среднем 21 человек умирает каждый день из-за отсутствия имплантантов.
Благодаря такой визуализации возможен индивидуальный для данного пациента выбор имплантируемых устройств и хирургических инструментов, оптимизация хирургического процесса и снижение его стоимости. Одной из первых сфер применения 3d-печатных анатомических моделей, созданных на основе КТ, МРТ или 3d-УЗИ пациента, стала разработка методик хирургических операций с тренировкой необходимых навыков. До недавнего времени редкие аномалии можно было увидеть только на образцах, полученных в результате вскрытия. Сегодня же любые анатомические модели могут быть распечатаны по запросу с помощью прижизненной КТ пациентов. Точная выработка тактики хирургического лечения, с учетом индивидуальных особенностей пациента, потенциально может сократить время операции и привести к меньшему количеству осложнений. В дальнейшей перспективе это позволит сократить время послеоперационного пребывания в стационаре, снизить частоту рецидивов и, в конечном счете, сократить расходы на здравоохранение.
Биопечать оказывается полезной и в сфере медицинского образования: 3d-печатные модели способствуют более быстрому и продуктивному обучению, какую бы специализацию будущие врачи не выбрали. 3d-модели являются точно воспроизводимыми, безопасными: благодаря огромному набору изображений, они способны моделировать самую различную патологическую анатомию и физиологию.
3d-печать может применяться в имплантационной медицине – печать «заменителей» биологических тканей уже находится в стадии разработки. Переход к «распечатке» целых органов для нужд трансплантологии сложен, но фундамент для него уже закладывается. В настоящее время проводятся исследования, позволяющие осуществлять 3d-печать кровеносных сосудов.
3d-печать позволила автоматизировать процесс производства слуховых аппаратов и зубных протезов. К примеру, алгоритм производства слуховых аппаратов предполагает на первом шаге сканирование уха для получения точного образа слухового прохода; затем на основе полученного изображения создается модель, которая впоследствии воспроизводится с помощью 3d-принтера с высочайшей точностью. При этом скорость изготовления таких протезов может достигать 65 протезов в час.
Технология 3d-принтинга предоставляет широкие возможности фармацевтическим и медицинским компаниям по созданию новых форм лекарственных препаратов: печатные «настольные» модели органов успешно применяются для испытания новых лекарств, в том числе альтернативных лекарственных форм, подбора индивидуальной дозы препарата и др.
Также биопечать может быть использована для тестирования косметических, химических и иных продуктов. К примеру, с помощью ремоделирования сердечных клапанов возможно проведение контроля жесткости.
Зачастую пациентам бывает сложно понять 2d-изображения, представляющие трехмерную анатомию. В этом случае 3d-печать наглядно демонстрирует анатомическую модель, что значительно улучшает коммуникацию между врачом и пациентом. Также использование 3d-образцов возможно и при решении возникающих судебных споров: 3d-модель может легко продемонстрировать различные анатомические аномалии, которые могут быть трудны для понимания при поперечной визуализации.
Наконец, биопечатные органы в будущем позволят заменить животные модели, применяемые для испытаний новых лекарственных препаратов. 3d-печать является полноценной альтернативой применяемым сегодня методикам хирургических тренировок на органах животных и трупах. При этом использование искусственных моделей снимает многие этические вопросы.
Конкретные достижения
Сегодня в том или ином виде 3d-печать применяется в следующих направлениях медицины: кардио- и торакальная хирургия, кардиология, гастроэнтерология, нейрохирургия, челюстно-лицевая хирургия, офтальмология, отоларингология, ортопедия, пластическая хирургия, педиатрия, пульмонология, радиология, трансплантационная хирургия, урологию, сосудистая хирургия и другие.
На сегодняшний день список объектов, которые уже успешно напечатаны в медицине, демонстрирует тот потенциал, который имеет эта технология:
Ткани с кровеносными сосудами
Ученым удалось добиться немалых успехов в биопечати кровеносных сосудов, благодаря разработке специального структурного материала, который может функционировать как кровеносные сосуды.
Протезы
Создание традиционных протезов очень трудоемко. Являясь инородным для организма материалом, они могут вызывать разрушения клеток и тканей. Благодаря 3d-печати стало возможным быстрое изготовление дешевых и легко настраиваемых протезных гнезд.
Лекарства
Химики из Университета Глазго научились благодаря 3d-печати собирать химические соединения на молекулярном уровне. В настоящее время данная технология применяется для создания биосовместимых лекарств против онкологических заболеваний.
Индивидуальные датчики
На основе сканирования сердец животных стало возможным появление электронных датчиков для контроля уровня насыщения крови кислородом и углекислым газом, наполнения камер сердца, давления, температуры. Благодаря этой технологии, к примеру, можно обнаруживать заблокированные артерии.
Медицинское моделирование
Применение печати моделей раковых опухолей позволяет ученым и врачам понять и спрогнозировать развитие и распространение опухолей, а в дальнейшем разработать эффективные противораковые препараты.
Костная ткань
В настоящее время уже возможно практическое применение костных каркасов, способствующих росту костей любой формы. Благодаря равномерному растворению и смешиванию с биологическими тканями опорно-двигательного аппарата, происходит восстановление утраченных структур и функций. В частности, имеется успешный опыт замены части черепной коробки с помощью специального пластикового имплантанта.
Искусственная кожа
Отдельное направление в медицине – трансплантация кожи у пациентов с ожогами. Непосредственно сканируя рану, принтер может изготовить ткань с соответствующим количеством слоев, для идеального заполнения раны. Данная технология была успешно апробирована в армии США для лечения раненых солдат и постепенно внедряется в клиническую практику.
Будущее 3d-печати в медицине
Технология 3d-печати имеет широкие перспективы применения и позволяет разрабатывать индивидуальные решения под определенные потребности и врачей, и пациентов. Специалисты компании УЦМС «Лезар» внимательно следят за развитием инновационных технологий в зарубежных клиниках. Если Вы желаете получить лечение в специализированном лечебном учреждении, обратитесь к нам любым удобным способом, оставив заявку на сайте или позвонив на бесплатную линию по России 8-800-200-49-17.
