Additiv fremstilling, også kendt som 3D-print, blev først udviklet i 1980’erne. Det indebærer, at man tager en digital model eller et blåtryk af emnet, som derefter printes i successive lag af et passende materiale for at skabe en ny version af emnet.
Teknikken er blevet anvendt til (og udnyttet af) mange forskellige industrier, herunder medicoteknik. Ofte anvendes medicinske billeddannelsesteknikker som f.eks. røntgenstråler, CT-scanninger (computertomografi), MR-scanninger (magnetisk resonansafbildning) og ultralyd til at fremstille den oprindelige digitale model, som efterfølgende føres ind i 3D-printeren.
Det er blevet forudsagt, at 3D-printning på det medicinske område vil være 3,5 mia. dollar værd i 2025, sammenlignet med 713,3 mio. dollar i 2016. Industriens sammensatte årlige vækstrate formodes at nå 17,7 % mellem 2017 og 2025.
Der er fire kerneanvendelser af 3D-printning på det medicinske område, som er forbundet med de seneste innovationer: skabelse af væv og organoider, kirurgiske værktøjer, patientspecifikke kirurgiske modeller og specialfremstillede proteser.
Bioprinting af væv og organoider
En af de mange typer 3D-printing, der anvendes inden for medicinsk udstyr, er bioprinting. I stedet for at udskrive ved hjælp af plastik eller metal bruger bioprintere en computerstyret pipette til at lægge levende celler, kaldet bio-ink, i lag oven på hinanden for at skabe kunstigt levende væv i et laboratorium.
Disse vævskonstruktioner eller organoider kan bruges til medicinsk forskning, da de efterligner organer i miniaturestørrelse. De afprøves også som billigere alternativer til menneskelige organtransplantationer.
Det amerikanske medicinske laboratorie- og forskningsfirma Organovo eksperimenterer med at printe lever- og tarmvæv for at hjælpe med at studere organer in vitro og med at udvikle lægemidler mod visse sygdomme. I maj 2018 præsenterede virksomheden prækliniske data for funktionaliteten af dens levervæv i et program for type 1 tyrosinæmi, en tilstand, der hæmmer kroppens evne til at metabolisere aminosyren tyrosin på grund af mangel på et enzym.
The Wake Forest Institute i North Carolina, USA, vedtog en lignende tilgang ved at udvikle en 3D-hjerneorganoid med potentielle anvendelser inden for lægemiddelforskning og sygdomsmodellering. Universitetet meddelte i maj 2018, at dets organoider har en fuldt cellebaseret, funktionel blod-hjernebarriere, der efterligner normal menneskelig anatomi. Det har også arbejdet på at 3D-printe hudtransplantater, der kan anvendes direkte på brandsårsofre.
Kirurgisk forberedelse assisteres ved hjælp af 3D-printede modeller
En anden anvendelse af 3D-printning på det medicinske område er at skabe patientspecifikke organreplikker, som kirurger kan bruge til at øve sig på, før de udfører komplicerede operationer. Denne teknik har vist sig at fremskynde procedurer og minimere traumer for patienterne.
Denne type procedure er blevet udført med succes i forbindelse med operationer, der spænder fra en transplantation af hele ansigtet til indgreb på rygsøjlen, og er begyndt at blive rutinemæssig praksis.
I Dubai, hvor hospitalerne har mandat til at bruge 3D-printning frit, opererede lægerne med succes en patient, der havde fået et hjerneaneurisme i fire årer, ved hjælp af en 3D-printet model af hendes arterier for at kortlægge, hvordan man sikkert kunne navigere i blodkarrene.
I januar 2018 øvede kirurger i Belfast med succes på en nyretransplantation af en 22-årig kvinde ved hjælp af en 3D-printet model af hendes donors nyre. Transplantationen var fyldt med komplikationer, da hendes far, som var hendes donor, havde en inkompatibel blodgruppe, og det blev opdaget, at hans nyre havde en potentielt kræftsyge cyste. Ved hjælp af den 3D-printede kopi af hans nyre kunne kirurgerne vurdere størrelsen og placeringen af tumoren og cysten.
3D-print af kirurgiske instrumenter
Sterile kirurgiske instrumenter, såsom pincetter, hæmostater, skalpelhåndtag og klemmer, kan fremstilles ved hjælp af 3D-printere.
Der kan ikke kun fremstilles sterile redskaber ved hjælp af 3D-print, men nogle af dem er også baseret på den gamle japanske origamipraksis, hvilket betyder, at de er præcise og kan gøres meget små. Disse instrumenter kan bruges til at operere små områder uden at forårsage unødig ekstra skade på patienten.
En af de største fordele ved at bruge 3D-printing frem for traditionelle fremstillingsmetoder til at producere kirurgiske instrumenter er, at produktionsomkostningerne er betydeligt lavere.
Specialfremstillede proteser ved hjælp af 3D-printing
3D-printing på det medicinske område kan bruges til at producere proteser, der er skræddersyet til at passe til og passe til bæreren. Det er almindeligt, at amputerede patienter må vente i uger eller måneder på at modtage proteser ad den traditionelle vej; 3D-printning fremskynder imidlertid processen betydeligt og skaber meget billigere produkter, der giver patienterne den samme funktionalitet som traditionelt fremstillede proteser.
Den lavere pris på disse produkter gør dem særligt anvendelige til brug for børn, som hurtigt vokser ud af deres proteser.
3D-printing giver også patienten mulighed for at designe en protese, der svarer direkte til hans eller hendes behov. Body Labs har f.eks. skabt et system, der gør det muligt for patienterne at modellere deres protese på deres egne lemmer ved hjælp af scanning for at skabe en mere naturlig pasform og et mere naturligt udseende. Desuden har forskere på Massachusetts Institute of Technology forsøgt at designe mere komfortable protesesokler.