Fabricarea aditivă, cunoscută și sub numele de imprimare 3D, a fost dezvoltată pentru prima dată în anii 1980. Aceasta implică preluarea unui model digital sau a unei schițe a subiectului care este apoi imprimat în straturi succesive dintr-un material adecvat pentru a crea o nouă versiune a subiectului.
Tehnica a fost aplicată (și utilizată de) multe industrii diferite, inclusiv tehnologia medicală. Adesea, tehnicile de imagistică medicală, cum ar fi razele X, tomografiile computerizate (CT), imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) și ultrasunetele sunt utilizate pentru a produce modelul digital original, care este ulterior introdus în imprimanta 3D.
S-a prognozat că imprimarea 3D în domeniul medical va valora 3,5 miliarde de dolari până în 2025, comparativ cu 713,3 milioane de dolari în 2016. Se presupune că rata de creștere anuală compusă a industriei va ajunge la 17,7% între 2017 și 2025.
Există patru utilizări de bază ale imprimării 3D în domeniul medical care sunt asociate cu inovații recente: crearea de țesuturi și organoizi, instrumente chirurgicale, modele chirurgicale specifice pacientului și proteze personalizate.
Bioimprimarea țesuturilor și a organoizilor
Unul dintre numeroasele tipuri de imprimare 3D care se utilizează în domeniul dispozitivelor medicale este bioimprimarea. Mai degrabă decât să tipărească folosind plastic sau metal, bioimprimatoarele folosesc o pipetă ghidată de calculator pentru a stratifica celule vii, denumite bio-ink, unele peste altele pentru a crea țesuturi vii artificiale într-un laborator.
Aceste construcții tisulare sau organoide pot fi folosite pentru cercetarea medicală, deoarece imită organele la scară miniaturală. Ele sunt, de asemenea, testate ca alternative mai ieftine la transplanturile de organe umane.
Compania de cercetare și laborator medical Organovo, cu sediul în SUA, experimentează imprimarea de țesut hepatic și intestinal pentru a ajuta la studierea organelor in vitro, precum și la dezvoltarea de medicamente pentru anumite boli. În mai 2018, compania a prezentat date preclinice pentru funcționalitatea țesutului său hepatic într-un program pentru tirozinemia de tip 1, o afecțiune care împiedică capacitatea organismului de a metaboliza aminoacidul tirozină din cauza deficienței unei enzime.
Institutul Wake Forest din Carolina de Nord, SUA, a adoptat o abordare similară prin dezvoltarea unui organoid cerebral 3D cu potențiale aplicații în descoperirea de medicamente și modelarea bolilor. Universitatea a anunțat în mai 2018 că organoizii săi au o barieră hemato-encefalică funcțională, bazată integral pe celule, care imită anatomia umană normală. De asemenea, a lucrat la imprimarea 3D a grefelor de piele care pot fi aplicate direct pe victimele arsurilor.
Pregătirea chirurgicală asistată de utilizarea modelelor imprimate 3D
O altă aplicație a imprimării 3D în domeniul medical este crearea de replici de organe specifice pacientului pe care chirurgii le pot folosi pentru a exersa înainte de a efectua operații complicate. Această tehnică s-a dovedit a accelera procedurile și a minimiza traumele pentru pacienți.
Acest tip de procedură a fost realizat cu succes în intervenții chirurgicale care variază de la un transplant facial complet la intervenții la nivelul coloanei vertebrale și începe să devină o practică de rutină.
În Dubai, unde spitalele au mandatul de a utiliza imprimarea 3D în mod liber, medicii au operat cu succes o pacientă care suferise un anevrism cerebral în patru vene, folosind un model imprimat 3D al arterelor sale pentru a trasa cum să navigheze în siguranță prin vasele de sânge.
În ianuarie 2018, chirurgii din Belfast au exersat cu succes pentru un transplant de rinichi pentru o femeie de 22 de ani, folosind un model imprimat 3D al rinichiului donatorului său. Transplantul a fost plin de complicații, deoarece tatăl ei, care i-a fost donator, avea o grupă de sânge incompatibilă și s-a descoperit că rinichiul său avea un chist potențial canceros. Folosind replica imprimată 3D a rinichiului său, chirurgii au putut evalua dimensiunea și amplasarea tumorii și a chistului.
Imprimarea 3D a instrumentelor chirurgicale
Instrumentele chirurgicale sterile, cum ar fi forcepsul, hemostatele, mânerele de bisturiu și cleștele, pot fi produse cu ajutorul imprimantelor 3D.
Nu numai că imprimarea 3D produce instrumente sterile, dar unele se bazează pe vechea practică japoneză de origami, ceea ce înseamnă că sunt precise și pot fi făcute foarte mici. Aceste instrumente pot fi folosite pentru a opera zone minuscule fără a provoca leziuni suplimentare inutile pacientului.
Unul dintre principalele beneficii ale utilizării imprimării 3D în locul metodelor tradiționale de fabricație pentru a produce instrumente chirurgicale este faptul că costurile de producție sunt semnificativ mai mici.
Proteze personalizate cu ajutorul imprimării 3D
Imprimarea 3D în domeniul medical poate fi folosită pentru a produce membre protetice care sunt personalizate pentru a se potrivi și a se adapta purtătorului. Este obișnuit ca persoanele amputate să aștepte săptămâni sau luni pentru a primi proteze pe calea tradițională; cu toate acestea, imprimarea 3D accelerează semnificativ procesul, precum și crearea unor produse mult mai ieftine care oferă pacienților aceeași funcționalitate ca și protezele fabricate în mod tradițional.
Prețul mai mic al acestor produse le face deosebit de aplicabile pentru utilizarea în cazul copiilor, cărora le cresc rapid membrele protetice.
Imprimarea 3D permite, de asemenea, pacientului să proiecteze o proteză care să corespundă direct nevoilor sale. De exemplu, Body Labs a creat un sistem care permite pacienților să își modeleze proteza pe propriile membre prin scanare, pentru a crea o potrivire și un aspect mai natural. În plus, cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology au căutat să proiecteze prize protetice mai confortabile.
.