Druk 3D może wydawać się czymś w rodzaju science fiction, ale obecnie odgrywa ważną rolę w opiece medycznej. Lekarze mogą wykorzystywać tę technologię do usprawniania operacji, tworzenia lepszych, bardziej przystępnych cenowo protez i implantów, a nawet szybkiego opracowywania sprzętu medycznego. Oto niektóre z najważniejszych sposobów, w jaki szpitale i lekarze wykorzystują druk 3D i jak może on zmienić opiekę zdrowotną w przyszłości.
Druk 3D w szpitalach
W 2010 r. zaledwie trzy szpitale posiadały wewnętrzne urządzenia do druku 3D. W 2019 r. liczba ta wzrosła do 113. Dzięki temu lekarze mogą przyjrzeć się twojej anatomii, zanim przeprowadzą operację. Mogą nawet ćwiczyć na niej przed zabiegiem. Może to prowadzić do lepszych wyników chirurgicznych. Badanie z 2019 r. opublikowane w czasopiśmie JAMA Network Open wykazało, że lekarze, którzy używali modelu 3D do przygotowania się do operacji guzów nerek, zgłaszali krótszy czas operacji, mniejszą utratę krwi podczas operacji i krótszy pobyt w szpitalu. Inne badanie z 2021 roku wykazało, że długie operacje zostały skrócone w dowolnym miejscu od 1,5 do 2,5 godziny, gdy chirurdzy używali modeli 3D do ich prowadzenia.
Aby wykonać modele, lekarze zazwyczaj umieszczają dane obrazowe z tomografii komputerowej lub rezonansu magnetycznego w specjalnym programie komputerowym. W ten sposób powstaje wspomagany komputerowo plik projektowy, który jest wysyłany do drukarki 3D, która drukuje rzeczywisty model fizyczny.
Protetyka
Protetyka zmienia życie, jeśli jej potrzebujesz. Ale protezy drukowalne w 3D mogą być jeszcze większą zmianą w życiu. Pomagają one inżynierom i lekarzom opracować protezy w pełni dostosowane do danej osoby. Technologia ta stała się również bardziej dostępna i przystępna cenowo, ponieważ konsumencki druk 3D oznacza, że protezy typu "zrób to sam" mogą być drukowane przez każdego, w dowolnym miejscu.
Jedną z organizacji, która pomaga ludziom w potrzebie jest e-NABLE, sieć projektantów, inżynierów i lekarzy-ochotników, którzy tworzą protezy drukowane w 3D. Wykonali oni ponad 8000 protez kończyn dla ludzi z całego świata.
Implanty medyczne
Implanty dentystyczne były jednymi z pierwszych zatwierdzonych zastosowań technologii 3D, ale od tego czasu FDA zatwierdziła ją dla kolan, bioder, kostek, kręgosłupów i czaszek. Implanty te są często cieńsze i mniej kosztowne niż implanty produkowane tradycyjnie. W jednym z badań osoby, które przeszły operację wymiany stawu biodrowego z użyciem implantu 3D, odnotowały lepszą stabilność i mniejszy ból niż osoby, które miały zwykły implant. Jedna z teorii mówi, że implanty 3D pomogły pobudzić wzrost kości bardziej niż tradycyjne implanty.
Implanty drukowane w 3D mogą być również bardziej zbliżone do kości własnej organizmu. Jedno z badań przeprowadzonych na osobach z zespoleniami kręgosłupa, u których zastosowano implanty 3D, wykazało, że operacja zakończyła się sukcesem niemal w każdym przypadku (99%).
Sprzęt medyczny
Narzędzia chirurgiczne, takie jak kleszcze, zaciski, hemostaty i rozwieracze mogą być obecnie produkowane w technologii 3D. Jedną z ich zalet jest to, że mogą być szybko modyfikowane po użyciu przez chirurgów i przekazaniu informacji zwrotnej. Mogą one być również przydatne w przypadku, gdy wyzwania związane z łańcuchem dostaw prowadzą do niedoboru sprzętu medycznego. Na przykład podczas pandemii COVID-19, kiedy brakowało respiratorów, zespół z Oregon Health & Science University opracował tani respirator wyprodukowany w technologii druku 3D. Urządzenie jest tak proste, że nie wymaga prądu i może być wykonane w zaledwie 3 godziny, za mniej niż 10 dolarów za sztukę.
Co czeka nas w przyszłości?
Tkanka ciała w 3D
Wiele dużych szpitali może już wydrukować trójwymiarowy model części ciała lub organów, aby pomóc chirurgom w zaplanowaniu zabiegu. Jednak te tkanki i organy są tworzone tylko z twardego plastiku lub gumy. Nowe badania mogą przynieść bardziej autentyczną wersję. W 2020 roku naukowcy z Carnegie Mellon University wykonali pierwszy pełnowymiarowy, wydrukowany w 3D model ludzkiego serca wykonany z substancji zwanej alginatem, która jest bardzo podobna do prawdziwej tkanki serca. Ułatwia to chirurgom cięcie i manipulowanie nim, podobnie jak w przypadku prawdziwego serca podczas zabiegu medycznego.
Jednym z wyzwań było uzyskanie organów, aby pozostały razem podczas drukowania, ponieważ grawitacja często powoduje, że materiał biologiczny znany jako biolink porusza się. Naukowcy z Uniwersytetu Carnegie Mellon byli w stanie wykonać serce za pomocą techniki znanej jako Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH). Wykorzystuje ona igłę do wstrzyknięcia roztworu materiału biologicznego, czyli biolink, do miękkiego hydrożelu, który podtrzymuje obiekt podczas drukowania. Gdy to się uda, stosuje się ciepło, aby hydrożel się rozpuścił.
Nadzieją jest to, że ostatecznie modele takie jak ten mogą być w stanie zapewnić strukturę, do której komórki mogą się przykleić i na której mogą rosnąć, co pozwoli lekarzom naprawić lub nawet w pełni zastąpić ludzkie organy.
Pigułki 3D
Ponieważ lekarze przechodzą do bardziej spersonalizowanej medycyny, nadzieja jest taka, że pigułki 3D będą poruszać się wraz z nią. Dzięki temu farmaceuci będą mogli szybko wyprodukować pigułki o dawkach, kształtach, rozmiarach i właściwościach uwalniania dostosowanych do każdej osoby. W tej chwili dostępny jest tylko jeden lek 3D, Spritam (lewetyracetam), lek przeciwpadaczkowy zatwierdzony przez FDA w 2015 roku. Pozwala on lekarzom na przepisanie bardzo wysokiej dawki, co nie jest możliwe za pomocą konwencjonalnych metod.
Ale pigułki 3D nie przyjęły się, częściowo dlatego, że ich drukowanie zajmuje trochę czasu. Jednak naukowcy znaleźli nową technikę drukowania, w której lek jest rozpuszczany w roztworze substancji chemicznej, która jest aktywowana przez światło. Dzięki temu szybko się zestala i tworzy drukowaną tabletkę. Niektóre leki mogą być teraz drukowane w ciągu zaledwie 7 sekund. Naukowcy mają nadzieję, że pewnego dnia pigułki będzie można drukować za pomocą światła z ekranu smartfona.
