Podczas gdy inne branże wciąż eksperymentują w ramach praktycznych zastosowań druku 3D, sektor opieki zdrowotnej korzysta już z nowej technologii by ratować życie ludzkie bądź poprawiać jego jakość. Od implantów i protez do rodzinnych leków czy narządów ludzkich - druk 3D rewolucjonizuje świat współczesnej medycyny.
Na konferencji "Inside 3D Printing", która odbyła się na początku tego miesiąca, dr Amir Dorafshar, współ-dyrektor programu transplantacji twarzy na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa, wymienił kilka przełomowych możliwości, które stworzyło drukowanie 3D dla chirurgów. Dorafshar powiedział, że nowe możliwości pojawiły się szczególnie w zakresie operacji czaszek i twarzy pacjentów, którzy doznali poważnych urazów głowy lub niemowlaków urodzonych z zaburzeniami. Druk 3D pozwala na tworzenie implantów projektowanych indywidualnie dla każdego pacjenta.
Przykładem zastosowania druku 3D w chirurgii jest przypadek pewnej Holenderki. Pacjentka cierpiąca na nadmierny przyrost grubości czaszki (w niedługim czasie urosła z 1,5 cm grubości do 5 cm) cierpiała ponieważ kości naciskały już na mózg i powodowały zaburzenia wzroku oraz pogorszenie możliwości motorycznych. Dalszy rozrost czaszki skończyłby się prawdopodobnie śmiercią pacjentki.
Operacji w wykorzystaniem nowoczesnego rozwiązania podjął się zespół lekarzy w Utrechcie prowadzony przez neurologa Bena Verweija. Nowy, duży fragment czaszki (sklepistość), został wydrukowany w 3D dokładnie na wymiar głowy pacjentki. Operacja, która trwała ponad 23 godziny zakończyła się sukcesem – pacjentka od pewnego czasu wróciła już do normalnej pracy biurowej. Film z fragmentami operacji można zobaczyć na YouTube (www.youtube.com/watch?v=IXcz3OdHSHk).
Zespół lekarzy twierdzi, że był to pierwszy przypadek zastosowania druku 3D w tak skomplikowanej operacji, w której przeszczepiono tak duży fragment czaszki. Chirurdzy mają nadzieję, że podobne rozwiązania będą znacznie bardziej bezpieczne i efektywne niż implanty kości stosowane dotychczas stosowane w podobnych przypadkach.
Na początku maja, lekarze i naukowcy z Uniwersytetu Michigan zaprojektowali i wydrukowali sztuczny implant, który umożliwił normalne oddychanie noworodkowi z Ohio. Dziecko, które urodziło się z rzadką chorobą (tracheobronchomalacja - TBM) musiało od urodzenia oddychać za pomocą respiratora. Jego stan, pomimo stałej opieki lekarzy, cały czas się pogarszał. Zespół lekarzy zajmujący się chłopcem w poszukiwaniu pomocy skontaktował się z naukowcami Uniwersytetu Michigan, którzy zaproponowali zaprojektowanie specjalnego implantu usztywniającego tchawicę. Rozwiązanie nie było wcześniej stosowane, także zgodę na operację w trybie nadzwyczajnym wydała bezpośrednio agencja FDA (Agencja do spraw Żywności i Leków).
Lekarze po uzyskaniu zgody skorzystali ze zdjęć wykonanych za pomocą tomografu komputerowego i zaprojektowali oraz wydrukowali w 3D specjalną rurkę, która rozszerzyła drogi oddechowe dziecka i pomogła zwiększyć ich wytrzymałość. Operacja zakończyła się sukcesem - po 21 dniach od zabiegu, dziecko mogło oddychać swobodnie.
Co istotne, druk 3D umożliwił zaprojektowanie i stworzenie rurki w niespełna 24 godziny, przy koszcie trzykrotnie niższym niż normalne, ręczne wykonanie tego elementu. Całość została wyprodukowana z polimeru i polikaprolaktonu - surowców biodegradowalnych, które rozłożą się po trzech latach (gdy drogi oddechowe będą już odpowiednio wzmocnione).
Film na ten temat: www.youtube.com/watch?v=O82nC9ro6Io
Przełom w drukowaniu tkanki organicznej nastąpił w 2011 roku, gdy firma o nazwie Organovo zaprezentowała na konferencji TED prototyp ludzkiej nerki wydrukowany z żywych komórek. Od tego czasu firma poszła jeszcze dalej i w 2013 roku wydrukowała ludzką tkankę wątroby, a następnie funkcjonalną mini-wątrobę 3D, która przetrwała 5 dni – to dwa razy więcej niż średnia długość życia wersji 2D. W tym roku mamy doczekać się pierwszej wydrukowanej w 3D wątroby, którą firmy farmaceutyczne będą mogły zastosować do badań toksykologicznych. Choć do druku w pełni funkcjonalnych organów z długą żywotnością jeszcze daleka droga, to widać, że postęp w tej dziedzinie jest błyskawiczny.
W 2011 roku na wystąpieniu TED, dr. Anthony Atala, dyrektor Instytutu Medycyny Regeneracyjnej w Wake Forest, opisał metodę, która wykorzystuje drukowanie 3D do tworzenia nerki dla pacjentów potrzebujących przeszczepu. Film na ten temat: https://www.youtube.com/watch?v=9RMx31GnNXY
W lutym br. The Telegraph donosił o przypadku 60-letniego pacjenta, któremu lekarze z powodu rzadkiej odmiany raka kości musieli wyciąć połowę miednicy. Zespół lekarzy pod kierownictwem Craiga Gerranda zastąpił wycięty fragment implantem fragmentu miednicy zaprojektowanym w oparciu o szczegółowe skany i wydrukowanym dzięki technologii 3D. W tym przypadku technologia 3D była niezbędna - zastosowanie standardowych implantów nie wchodziło w grę ponieważ wycięto tak duży fragment kości, że nie było możliwości ich prawidłowego zamocowania. Dzięki szczegółowemu projektowi 3D udało się wydrukować implant idealnie pasujący do usuniętego fragmentu.
W wielu przypadkach lekarze używali drukowania 3D do projektowania niestandardowych stawów biodrowych. W 2012 roku belgijska firma Mobelife stworzyła implant dla 16-latki cierpiącej na rzadkie zwyrodnienie, przez które musiała poruszać się na wózku inwalidzkim. W zeszłym roku, ośrodek „Mayo Clinic” udostępnił film prezentujący szczegółowo możliwości drukowania 3D. W tym przypadku rozwiązania te zostały zastosowane do produkcji personalnego implantu stawu biodrowego, który umożliwił dziewczynce normalne funkcjonowanie.
Film na ten temat: https://www.youtube.com/watch?v=SYq1zNKFcdI
Z pomocą na egzoszkieletu „Ekso” zaprojektowanego i wykonanego za pomocą drukarek 3D specjalnie z myślą o kształcie jej ciała, Amanda Boxtel mogła wstać po raz pierwszy od wypadku narciarskiego z 1992 roku, po którym została sparaliżowana od pasa w dół. Egzoszkielet został zaprojektowany dzięki współpracy firm EksoBionics i 3D Systems.
Film na ten temat: http://youtu.be/bhCAkUMQ5GA
Richard Van As, mieszkaniec Południowej Afryki, który w wypadku stracił dwa palce i uszkodził dwa kolejne, zdał sobie sprawę, że protezy dłoni dostępne na rynku są poza jego zasięgiem cenowym – niektóre z nich kosztowały bowiem nawet kilkadziesiąt tysięcy dolarów. Richard nie dał za wygraną i skontaktował się z amerykańskim designerem i lalkarzem Ivanem Owenem (który na YouTube umieścił dla zabawy filmhttp://youtu.be/dEHiAItVdiw), któremu zaproponował współpracę przy projekcie stworzenia własnej protezy. Dzięki współpracy dwóch osób oraz pomocy firmy MakerBot dostarczającej drukarkę 3D, powstała funkcjonalna protezy dłoni, której koszt produkcji wyniósł zaledwie 150 dolarów. Mężczyźni zachwyceni efektami założyli spółkę “Robohand”, która obecnie produkuje budżetowe protezy dłoni i dostarcza oprogramowanie umożliwiające wykonanie takich projektów we własnym zakresie każdemu, kto posiada odpowiednią drukarkę.
W lutym br. lekarze z Louisville przeprowadzili pierwszą operację serca, która poprzedzona była zastosowaniem rozwiązań z użyciem technologii 3D. Ich pacjent, 14-miesięczny chłopiec, urodził się z wadą serca, którą trudno było zidentyfikować standardowymi narzędziami diagnostycznymi. Lekarz prowadzący pacjenta w Szpitalu Dziecięcym w Kosair skontaktował się z przedstawicielami Uniwersytetu Louisville i poprosił o nieodpłatne udostępnienie drukarki MakerBot 3D Printer. Następnie, na podstawie skanów z tomografii komputerowej, lekarze wydrukowali plastikowy projekt serca i dokładnie przestudiowali go przed operacją.
Rynki pediatryczne wydają się być pomijane przez duże firmy farmaceutyczne – są one naturalnie mniejsze, ze znacznie bardziej indywidualnymi potrzebami pacjentów, co z kolei przekłada się na trudniejsze dostarczanie rozwiązań produkowanych masowo. Szpital Dziecięcy w Filadelfii zauważył tę sytuację i przeprowadza coroczny konkurs na najbardziej innowacyjne w medycynie zastosowanie technologii druku 3D, które pomogłoby przygotowywać spersonalizowane dla pacjentów rozwiązania szybko i niedrogo.
W 2012 roku naukowcy z Uniwersytetu w Glasgow przedstawili metodę drukowania leków za pomocą technologii 3D. Prezentacja obejmowała proces, który był znany w laboratoriach chemicznych od lat, ale wymagał drogiego sprzętu, nieosiągalnego dla przeciętnych konsumentów. Druk 3D zmienił tę sytuację – autorzy prezentacji twierdzą, że dzięki obecnym technologiom druku 3D można będzie wręcz produkować samodzielnie leki przeciwnowotworowe. Potencjał technologii jest jednak znacznie większy. Naukowcy podkreślają, że rozwiązania te w połączeniu z technologiami monitorowania reakcji chemicznych w organizmie pacjenta mogłoby posłużyć np. do wydrukowania właściwych leków jeszcze zanim pacjent poczuje się źle.
Firma o nazwie Brightwake ogłosiła, że opracowała nową wersję maszyny do recyklingu krwi. Urządzenie jest przeznaczone do zbierania krwi podczas dużych operacji, np. operacji na otwartym sercu - zbiera krew pacjenta i przygotowuje komórki do ponownego wykorzystania. Maszyna ma na celu zmniejszenie zapotrzebowania na krew dawców i przeprowadzanie skomplikowanych zabiegów transfuzji w trakcie operacji.
Urządzenie znane od kilku lat pod nazwą Hemosep w tym roku zostało wyprodukowane w nowej technologii z wykorzystaniem drukarki Stratasys Dimension 1200es 3D. Dzięki zastosowaniu nowych rozwiązań koszt produkcji prototypu spadł o 96%, a gotowych maszyn – o 1000 funtów brytyjskich na sztukę. Szacuje się, że powszechne zastosowanie Hemosep w nowej wersji mogłoby zaoszczędzić w brytyjskiej służbie zdrowia nawet 10 milionów funtów rocznie.
Technologia 3D umożliwia dentystom skanowane zębów pacjentów oraz wyprodukowanie na miejscu implantów i koron w ciągu około godziny. Wcześniej dentyści ograniczeni byli do odlewów i form, które wysyłane były do laboratorium. Dopiero tam powstawał właściwy implant, który następnie wysyłany był z powrotem do gabinetu dentystycznego. Proces był skomplikowany logistycznie i wymagał od pacjenta kilku wizyt.
Podczas gdy większość zastosowań druku 3D w świecie medycznym pojawiła się w nagłówkach prasowych na przestrzeni zaledwie kilku minionych lat, technologia ta była wykorzystywana do budowy aparatów słuchowych znacznie wcześniej. Ponieważ aparaty słuchowe są małe i misternie zaprojektowane, jedyną alternatywą do drukowania 3D jest budowanie urządzeń ręcznie. Oczywiście, drukowanie 3D jest najbardziej skutecznym sposobem, z którego skorzystano do budowy większości aparatów słuchowych na świecie.
Drukarki 3D są wykorzystywane w medycynie także w Polsce. Przoduje tu Zakład Konstrukcji Maszyn i Inżynierii Biomedycznej Politechniki Warszawskiej, który za pomocą drukarek 3D wytwarza modele i prototypy implantów stawowych (m.in. rekonstrukcje stawu biodrowego, symulator stawu łokciowego, implanty międzykręgowe kręgosłupa lędźwiowego i inne) oraz narzędzia ortopedyczne.
W wypowiedzi dla serwisu menstream.pl, dr inż. Roman Grygoruk z Zakładu Konstrukcji Maszyn i Inżynierii Biomedycznej Politechniki Warszawskiej, powiedział o technologii druku 3D: „Najtrudniejszy okazuje się pierwszy etap prac - proces uzyskania trójwymiarowego modelu struktur kostnych, oraz zaprojektowania-dopasowania do niego implantu. Samo wyprodukowanie modelu to tylko print. W zależności od złożoności i użytych materiałów trwa od kilku do kilkudziesięciu godzin drukowania. Później, według potrzeb, następuje obróbka wykańczająca produktu. Wszystko oczywiście pod kontrolą zespołu badawczego i lekarskiego.”
Computerworld dostarcza najświeższe informacje, opinie, prognozy i analizy z branży IT w Polsce i na świecie.
W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]
