Применение 3D-печати в медицине

Технологии 3D-печати впервые были применены в стоматологии. В конце 1990-х годов компания Align Technology начала производить капы для выращивания зубов с использованием 3D-принтеров. Однако первый имплантат удалось напечатать фирме LayerWise лишь в 2012 году. Тогда же состоялась первая операция по вживлению титановой нижней челюсти, изготовленной с помощью 3D-печати.

3D-печать в медицине В чем достоинство протезов костей, которые создаются при помощи технологий 3D-печати? Во-первых, быстрое изготовление, которое занимает не очень много времени пациента. Во-вторых, маленький вес, подверженный изменениям в ту или иную сторону. Все зависит от степени пористости протезов, которые часто изготавливают из титана. В-третьих, эта самая структура способствует более быстрому обрастанию протезов живыми тканями. С помощью технологий трехмерной печати врачи успешно устраняют проблемы с межпозвоночными дисками, которые могут появиться у людей занимающихся активных спортом или по причине возникновения опухоли спинного мозга. Материалы, применяемые для изготовления позвонков, имеют пористую структуру и соответственно готовые имплантаты быстро зарастают костной тканью и превращаются в полноценную часть человеческого тела. Единственным недостатком такого метода лечения является большой срок реабилитации.

В 2013 году американские медики впервые провели операцию по замене костей черепа человека после ДТП. Благодаря титановым протезам, напечатанным на 3D-принтере, удалось заменить 70% черепа пациента! Считается, что подобные процедуры ежемесячно могут спасать жизни сотен людей, получивших травмы в результате автомобильных аварий и боевых действий. Кроме того, возможно успешное лечение пациентов, страдающих от опухоли головного мозга.

Имплантаты и протезы, сделанные на 3D-принтере, также применяются при операциях других частей тела: на ключицах, лопатках, тазобедренных костях и т.д. Например, не так давно американская компания Conformis впервые вживила пациенту коленный сустав нового поколения.

Титановый протез ноги на 3D-принтере раньше для замены коленного сустава долго подбирали протез, а затем обтачивали кость, чтобы внедрение имплантата завершилось успешно. Теперь же эта процедура выполняется лишь с помощью компьютерной томографии и печати подходящего протеза. Суставы, напечатанные на 3D-принтере, не стоит обязательной заменять через 15-20 лет, что характерно для традиционных пластиковых или стальных протезов. 3D-принтеры используют и для печати объемных моделей внутренних органов человека. Так, перед операцией создают точная копию внутреннего органа человека. Следовательно, хирург должен составить индивидуальный план операции для пациента, учитывая его индивидуальные особенности организма и использую результаты сканирования органа.

Операции, проведенные с помощью 3D-принтеров, в России В 2017 году в НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова была осуществлена пересадка костного имплантата, напечатанного на 3D-принтере. Таким образом, врачи спасали пациента от раковой опухоли кости. Ее заменили на установленный имплантат из титана, который был создан компанией «Эндопринт» при помощи технологии выборочного лазерного спекания (Selective Laser Sintering). Основой для имплантата послужили снимки МРТ и КТ. Чуть позже медики из НИИ онкологии провели другую операцию. На этот раз больному пришлось удалить переднюю часть нижней челюсти, которую заменили на титановый протез. За его создание отвечала компания «3D Медицинские системы». Хотя пациенту пришлось пройти трудный послеоперационный период (регулярное ношение специальной маски и питание через шприц), операция была признана успешной.

Интересно, что финансированием подобных операций занимается государство. Так, взрослые пациенты могут рассчитывать на сумму до 800 тысяч рублей, дети ― до 1,6 миллиона рублей.

За рубежом в 2016 году шведские ученые из Wallenberg Wood Science Centre совместно с профессором Полом Готенхолмом осуществили вживление искусственных хрящевых тканей в организм подопытных мышей. При помощи биочернил Cellink, в состав которых входят бурые водоросли, целлюлозные волокна и клетки человеческих хрящей, исследователи сумели напечатать на 3D-принтере качественные имплантаты. Внедрение напечатанного хряща в организм подопытной мыши прошло успешно. После этого ученые добавили в состав хряща стволовые клетки из костного мозга и повторили эксперимент. Результат оказался еще более удивительным: мышиный организм не только не отторг имплантат, но и продемонстрировал самостоятельную выработку хондроцитов.

Российское изобретение ортопедические корсеты под названием GS3 ― это специальный ортопедический корсет для спины, созданный с использованием технологий трехмерной печати. Данный корсет предназначен для пациентов, проходящих курс реабилитации после серьезных травм или операций. Основное преимущество корсета GS3 ― возможность индивидуальной подстройки. Благодаря встроенным гироскопам и акселераторам, работающим через Bluetooth, корсет не сковывает человека в движениях, при этом осуществляя постоянную поддержку спины и поясницы.

С помощью 3D-принтеров можно моделировать большое количество необходимых объектов, более того, все напечатанные модели сохраняются в системе и могут быть использованы в будущем, например, для автоматического моделирования зубов. Печать человеческих сердец. Американская компания BIOLIFE4D на текущий момент занимается созданием искусственных сердец, для печати которых предполагается использовать клетки пациентов. По мнению основателей, этого стартапа, трехмерная печать человеческих сердец навсегда решит проблему с дефицитом трансплантатов.    3D-печать человеческих сердец

Сердце, напечатанное на 3D-принтере при помощи собственных клеток больного, не будет раздражать иммунную систему и сможет успешно заменить настоящий орган. Кроме того, после завершения операции пациенту не придется проходить курс приема специальных препаратов, как в случае замены аортального или митриального клапана сердца пациента, который вынужден употреблять антикоагулянты.

Новые технологии позволяют надеяться на колоссальные перемены в области медицины. При помощи 3D-принтеров сегодня создаются разнообразные протезы, имплантаты, фрагменты внутренних органов, костей и т.п. И, хотя на сегодняшний день трехмерная печать чаще всего применяется лишь стоматологии и хирургии, не так уж и далек тот день, когда медики получат возможность создавать все человеческие органы и части тела.