Aditivní výroba, jinak známá jako 3D tisk, byla poprvé vyvinuta v 80. letech 20. století. Spočívá v pořízení digitálního modelu nebo nákresu předmětu, který je následně vytištěn v postupných vrstvách z vhodného materiálu, aby vznikla nová verze předmětu.
Tato technika byla aplikována (a využívána) v mnoha různých odvětvích, včetně lékařské techniky. K vytvoření původního digitálního modelu, který je následně vložen do 3D tiskárny, se často používají lékařské zobrazovací techniky, jako jsou rentgenové snímky, snímky počítačové tomografie (CT), snímky magnetické rezonance (MRI) a ultrazvuky.
Předpokládá se, že 3D tisk v oblasti medicíny bude mít do roku 2025 hodnotu 3,5 miliardy dolarů, zatímco v roce 2016 to bylo 713,3 milionu dolarů. Složená roční míra růstu tohoto odvětví má v letech 2017 až 2025 dosáhnout 17,7 %.
Existují čtyři základní způsoby využití 3D tisku v medicíně, které jsou spojeny s nedávnými inovacemi: vytváření tkání a organoidů, chirurgických nástrojů, chirurgických modelů pro konkrétní pacienty a protéz na míru.
Bioprint tkání a organoidů
Jedním z mnoha typů 3D tisku, který se používá v oblasti zdravotnických prostředků, je bioprint. Namísto tisku z plastu nebo kovu používají bioprintery počítačem řízenou pipetu k vrstvení živých buněk, označovaných jako bioink, na sebe a vytvářejí tak v laboratoři umělé živé tkáně.
Tyto tkáňové konstrukty neboli organoidy lze využít pro lékařský výzkum, protože napodobují orgány v miniaturním měřítku. Zkoušejí se také jako levnější alternativa k transplantacím lidských orgánů.
Americká lékařská laboratoř a výzkumná společnost Organovo experimentuje s tiskem jaterní a střevní tkáně, která má pomoci při studiu orgánů in vitro a také při vývoji léků na některé nemoci. V květnu 2018 společnost představila předklinické údaje o funkčnosti své jaterní tkáně v programu pro tyrosinémii typu 1, což je onemocnění, které znemožňuje schopnost organismu metabolizovat aminokyselinu tyrosin v důsledku nedostatku enzymu.
Podobný přístup zvolil i Wake Forest Institute v Severní Karolíně v USA, který vyvinul 3D mozkový organoid s potenciálním využitím při objevování léků a modelování nemocí. Univerzita v květnu 2018 oznámila, že její organoidy mají plně buněčnou funkční krevní mozkovou bariéru, která napodobuje normální lidskou anatomii. Pracuje také na 3D tisku kožních štěpů, které lze aplikovat přímo obětem popálenin.
Příprava na operaci pomáhá pomocí 3D tištěných modelů
Další aplikací 3D tisku v medicíně je vytváření replik orgánů specifických pro pacienta, na kterých se mohou chirurgové cvičit před provedením složitých operací. Tato technika prokazatelně urychluje zákroky a minimalizuje trauma pacientů.
Tento typ postupu byl úspěšně proveden při operacích od transplantace celého obličeje až po zákroky na páteři a začíná se stávat rutinní praxí.
V Dubaji, kde mají nemocnice mandát k liberálnímu využívání 3D tisku, lékaři úspěšně operovali pacientku, která utrpěla mozkové aneurysma ve čtyřech žilách, přičemž použili 3D vytištěný model jejích tepen, aby zmapovali, jak bezpečně navigovat cévy.
V lednu 2018 chirurgové v Belfastu úspěšně trénovali transplantaci ledviny pro 22letou ženu s použitím 3D vytištěného modelu ledviny jejího dárce. Transplantace byla provázena komplikacemi, protože její otec, který byl jejím dárcem, měl nekompatibilní krevní skupinu a v jeho ledvině byla zjištěna potenciálně rakovinná cysta. Pomocí 3D tištěné repliky jeho ledviny mohli chirurgové posoudit velikost a umístění nádoru a cysty.
3D tisk chirurgických nástrojů
Sterilní chirurgické nástroje, jako jsou pinzety, hemostaty, rukojeti skalpelů a svorky, lze vyrábět pomocí 3D tiskáren.
Nejenže se 3D tiskem vyrábějí sterilní nástroje, ale některé z nich vycházejí ze staré japonské praxe origami, což znamená, že jsou přesné a lze je vyrobit velmi malé. Těmito nástroji lze operovat malá místa, aniž by došlo ke zbytečnému dodatečnému poškození pacienta.
Jednou z hlavních výhod použití 3D tisku namísto tradičních výrobních metod k výrobě chirurgických nástrojů jsou výrazně nižší výrobní náklady.
Protézy na míru pomocí 3D tisku
Disk v medicíně lze použít k výrobě protéz končetin, které jsou přizpůsobeny tak, aby vyhovovaly a padly uživateli. Běžně se stává, že lidé po amputaci čekají na protézu tradiční cestou týdny nebo měsíce; 3D tisk však tento proces výrazně urychluje a také vytváří mnohem levnější výrobky, které pacientům nabízejí stejnou funkčnost jako tradičně vyráběné protézy.
Díky nižší ceně jsou tyto výrobky použitelné zejména u dětí, které z protéz rychle vyrostou.
3D tisk také umožňuje pacientovi navrhnout protézu, která odpovídá přímo jeho potřebám. Například společnost Body Labs vytvořila systém, který pacientům umožňuje vymodelovat si protézu na vlastní končetině pomocí skenování, aby se vytvořil přirozenější tvar a vzhled. Vědci z Massachusettského technologického institutu se navíc snaží navrhnout pohodlnější protézy.
.