Использование аддитивных технологий в медицине

Сочетание традиционных методов сканирования КТ, автоматизированного проектирования и новейших аддитивных технологий позволяет существенно улучшить качество медицинского обслуживания и добиться отличных результатов при лечении сложных заболеваний. В некоторых случаях 3D-печать фактически позволяет спасти человека от смерти.

Достижения 3D-печати в области медицины

В сфере медицины аддитивные технологии используются для самых разных целей – от обучения студентов медуниверситета и планирования операций до печати имплантатов и органов для трансплантации. Рассмотрим подробнее основные достижения 3D-печати в сфере медицины.

Печать органов

Биомедицинская инженерия считается одной из наиболее грандиозных возможностей 3D-печати. Для выращивания органов учёные используют специальные биочернила, состоящие из живых клеток. Слой за слоем из биочернил определённого типа формируется конкретный орган, который впоследствии может быть пересажен человеку.

На данный момент 3D-биопечать ещё не доросла до того уровня, когда искусственно выращенные человеческие органы можно будет использовать для трансплантации. Однако вскоре ситуация может измениться, так как уже успешно проведены первые испытания по пересадке органов на мышах. В частности, российские учёные из компании 3D Bioprinting Solutions разработали 3D-биопринтер FABION, на котором напечатали щитовидную железу. Орган был пересажен мыши и успешно прижился.

Также с помощью аддитивных технологий учёные уже могут создавать клетки почек, печени и ткани для сердечной мышцы. Таким образом, вскоре данные органы будут печататься целиком.

Читайте: Третье чудо света: утраченную статую Зевса напечатали на 3D-принтере

Создание стволовых клеток

Стволовые клетки представляют собой универсальный "строительный" материал, на основе которого образуются разные виды тканей. Учёные из Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге и различных научных лабораторий по всему миру уже научились печатать функциональные стволовые клетки, что открывает грандиозные возможности в сфере регенеративной медицины.

Печать кожи

Немецкие биоинженеры работают над технологией послойного выращивания кожи ещё с 2010 года, а учёный Джеймс Ю из Института Вейк Форест занимается разработкой метода 3D-печати кожного покрова, который можно пересаживать людям с сильными ожогами.

Создание костной и хрящевой ткани

Современные аддитивные технологии позволяют внедрять в организм биосовместимые и биоразлагаемые костные имплантаты. В свою очередь, группа немецких учёных активно работает над печатью костной ткани и различных фрагментов скелета, а инженер Ход Липсон из Cornell уже несколько лет разрабатывает технологию воссоздания мениска, который сможет выдерживать нагрузки и удары.

Печать кровеносных сосудов и клапанов сердца

Специалисты немецкого института Франгофера использовали искусственные клетки, лазер и 3D-принтер, чтобы создать капилляры и вены. А учёные из Ростокского университета, мединститута Гарварда и Университета Сиднея смогли вырастить функциональный сердечный клапан, который успешно пересадили подопытному грызуну.

Разработка бионического уха

Аддитивные технологии позволяют не только восстановить повреждённые органы и ткани в теле человека, но и улучшить возможности некоторых органов. В частности, группа учёных из Университета Джонса Хопкинса и Принстонского вуза использовала 3D-принтер для печати бионического уха, которое может улавливать ультразвук. Ухо было выращено из хрящевых тканей с добавлением полимеров с серебряными наночастицами.

Исследование и лечение онкологии

3D-печать позволяет исследователям воспроизводить процесс развития опухоли в том или ином органе человеческого тела. Подобные модели идеально подходят для тестирования экспериментальных лекарственных препаратов. В частности, специалисты Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге печатают вместе с тканями раковые клетки, чтобы исследовать развитие опухоли и подобрать более эффективные и безопасные методы лечения.

Читайте: Черепахе впервые напечатали новый панцирь на 3D принтере: опубликованы фото и видео

Изготовление протезов и имплантатов

Создание удобных и функциональных протезов посредством 3D-принтера произвело настоящую революцию в области медицины. Аддитивные технологии позволяют изготовить протез с учётом индивидуальных параметров пациента из биосовместимых и прочных материалов. Причём это может быть как очень дешёвый вариант, так и дорогостоящий высокотехнологичный бионический аналог руки или ноги. 3D-печатью конечностей сегодня занимаются OpenBionics, e-Nabling the Future, "Моторика" и другие компании.

Отдельно стоит упомянуть про 3D-печатные имплантаты. Во-первых, их активно используют при зубном протезировании. Во-вторых, уже было проведено несколько успешных операций по пересадке позвонков и других участков костной системы. Одна из них недавно стала настоящей сенсацией – врачи из Пекина пересадили мужчине 19-сантиметровый участок позвоночника, напечатанного на 3D-принтере. Пациент по фамилии Юань страдал редким заболеванием – хордомой. Раковая опухоль распространилась на пять позвонков, которые нельзя было заменить стандартными титановыми аналогами. Именно аддитивные технологии позволили спасти мужчину от смерти. Теперь пациент восстанавливается и может вернуться к нормальной жизни.

Подготовка к операциям

С помощью распечатанных реалистичных моделей органов и систем врачи могут намного тщательнее подготовиться к сложной операции, продумать план действий и на наглядном примере объяснить пациентам и их родственникам, что будет происходить во время хирургического вмешательства. Уже сегодня подобные технологии используют для сложнейших операций, на которые ранее врачи не могли даже решиться.

Печать лекарств

В марте этого года в продаже появились первые сертифицированные 3D-печатные таблетки Spritam, которые позволяют точно регулировать дозировку лекарства и скорость его усвоения. Кроме того, при печати таблеток учитывались пол, раса, вес, рост, состояние печени и другие параметры пациента.

Создание инструментов для операций

С помощью 3D-принтера делаются стерильные щипцы, зажимы, скальпели, скобки, приспособления для автоматического нанесения швов, хирургический эвакуатор дыма и многие другие инструменты, которые делают хирургическое вмешательство более безопасным и эффективным.

Наблюдение за беременностью

На основе ультразвуковых снимков можно создавать точнейшие трёхмерные модели, которые впоследствии можно распечатать на 3D-принтере. Это позволяет врачам понять, правильно ли развивается плод в утробе матери, а будущие родители могут получить на память уникальный сувенир.