Az additív gyártást, más néven 3D nyomtatást az 1980-as években fejlesztették ki. Ennek lényege, hogy a tárgyról digitális modellt vagy tervrajzot készítenek, amelyet aztán egy megfelelő anyag egymás utáni rétegeivel nyomtatnak ki, hogy létrehozzák a tárgy új változatát.
A technikát számos különböző iparágban alkalmazzák (és hasznosítják), köztük az orvostechnikában is. Gyakran orvosi képalkotó technikákat, például röntgensugarakat, komputertomográfiás (CT) felvételeket, mágneses rezonanciás (MRI) felvételeket és ultrahangokat használnak az eredeti digitális modell elkészítéséhez, amelyet aztán a 3D nyomtatóba táplálnak.
Az előrejelzések szerint a 3D nyomtatás az orvosi területen 2025-re 3,5 milliárd dollár értékű lesz, szemben a 2016-os 713,3 millió dollárral. Az iparág összetett éves növekedési üteme 2017 és 2025 között várhatóan eléri a 17,7%-ot.
A 3D nyomtatásnak az orvostudomány területén négy fő felhasználási területe van, amelyek a legújabb innovációkhoz kapcsolódnak: szövetek és organoidok létrehozása, sebészeti eszközök, páciens-specifikus sebészeti modellek és testre szabott protézisek.
Szövetek és organoidok bioprintelése
Az orvosi eszközök területén alkalmazott 3D nyomtatás számos típusa közül az egyik a bioprintelés. Ahelyett, hogy műanyagból vagy fémből nyomtatnának, a bioprinterek egy számítógéppel irányított pipetta segítségével élő sejteket, úgynevezett biofestéket rétegeznek egymásra, hogy mesterséges élő szöveteket hozzanak létre egy laboratóriumban.
Ezek a szövetszerkezetek vagy organoidok felhasználhatók az orvosi kutatásban, mivel miniatűr méretben utánozzák a szerveket. Az emberi szervátültetések olcsóbb alternatívájaként is kísérleteznek velük.
Az amerikai székhelyű Organovo orvosi laboratóriumi és kutatási vállalat máj- és bélszövetek nyomtatásával kísérletezik, hogy segítse a szervek in vitro tanulmányozását, valamint bizonyos betegségek gyógyszerfejlesztését. A vállalat 2018 májusában preklinikai adatokat mutatott be a májszövetének működőképességéről az 1-es típusú tirozinémia – egy olyan állapot, amely egy enzim hiánya miatt akadályozza a szervezetnek a tirozin aminosav metabolizálására való képességét – programjában.
Az észak-karolinai Wake Forest Institute (USA) hasonló megközelítést alkalmazott egy 3D-s agyorganoid kifejlesztésével, amely potenciálisan alkalmazható a gyógyszerkutatásban és a betegségek modellezésében. Az egyetem 2018 májusában jelentette be, hogy organoidjai teljesen sejtalapú, funkcionális vér-agy gátat képeznek, amely a normál emberi anatómiát utánozza. Az egyetem olyan bőrátültetések 3D nyomtatásán is dolgozik, amelyeket közvetlenül égési sérülteken lehet alkalmazni.
A műtéti előkészítést 3D nyomtatott modellekkel segítik
A 3D nyomtatás másik alkalmazása az orvostudomány területén a betegspecifikus szervmásolatok létrehozása, amelyeken a sebészek gyakorolhatnak a bonyolult műtétek elvégzése előtt. Ez a technika bizonyítottan felgyorsítja az eljárásokat és minimalizálja a betegek traumáját.
Az ilyen típusú eljárást sikeresen alkalmazták a teljes arcátültetéstől a gerincműtétekig terjedő műtéteknél, és kezd rutinszerűvé válni.
Dubajban, ahol a kórházak felhatalmazást kaptak a 3D-nyomtatás szabad felhasználására, az orvosok sikeresen megoperáltak egy beteget, akinek négy vénájában agyi aneurizma keletkezett, és az artériáinak 3D-nyomtatott modelljét használták, hogy feltérképezzék, hogyan lehet biztonságosan navigálni az ereket.”
2018 januárjában Belfastban a sebészek sikeresen gyakorolták egy 22 éves nő veseátültetését a donor veséjének 3D-nyomtatott modelljét használva. Az átültetés komplikációkkal járt, mivel a donor apjának inkompatibilis vércsoportja volt, és a veséjében egy potenciálisan rákos cisztát fedeztek fel. A vese 3D nyomtatott másolatának segítségével a sebészek fel tudták mérni a daganat és a ciszta méretét és elhelyezkedését.
sebészeti eszközök 3D nyomtatása
A 3D nyomtatókkal steril sebészeti eszközök, például csipeszek, vérzéscsillapítók, szikék nyele és fogók készíthetők.
A 3D nyomtatással nemcsak steril eszközöket lehet előállítani, hanem egyesek az origami ősi japán gyakorlaton alapulnak, vagyis precízek és nagyon kicsire készíthetők. Ezekkel az eszközökkel apró területeket lehet operálni anélkül, hogy a páciensnek felesleges extra sérülést okoznának.
A sebészeti eszközök előállításához a hagyományos gyártási módszerek helyett a 3D nyomtatás alkalmazásának egyik fő előnye, hogy az előállítási költségek jelentősen alacsonyabbak.
Megszokott protézisek 3D nyomtatással
A 3D nyomtatás az orvostudományban olyan végtagprotézisek előállítására használható, amelyek személyre szabottan illeszkednek viselőjükhöz. Gyakori, hogy az amputáltak heteket vagy hónapokat várnak arra, hogy hagyományos úton kapjanak protézist; a 3D nyomtatás azonban jelentősen felgyorsítja a folyamatot, valamint sokkal olcsóbb termékeket hoz létre, amelyek ugyanolyan funkcionalitást biztosítanak a betegeknek, mint a hagyományosan gyártott protézisek.
Ezek a termékek alacsonyabb ára különösen alkalmazhatóvá teszi őket gyermekeknél, akik gyorsan kinövik a protézisüket.
A 3D nyomtatás azt is lehetővé teszi, hogy a beteg közvetlenül az ő igényeinek megfelelő protézist tervezzen. A Body Labs például olyan rendszert hozott létre, amely lehetővé teszi, hogy a páciensek szkenneléssel saját végtagjaikra modellezzék protézisüket, hogy természetesebb illeszkedést és megjelenést érjenek el. Emellett a Massachusetts Institute of Technology kutatói igyekeztek kényelmesebb protézisaljzatokat tervezni.