Additiv tillverkning, även känd som 3D-utskrift, utvecklades för första gången på 1980-talet. Det innebär att man tar en digital modell eller blåkopia av ämnet som sedan skrivs ut i successiva lager av ett lämpligt material för att skapa en ny version av ämnet.
Tekniken har tillämpats på (och utnyttjats av) många olika branscher, inklusive medicinsk teknik. Ofta används medicinsk bildteknik, såsom röntgenstrålar, datortomografi (CT), magnetresonanstomografi (MRI) och ultraljud för att framställa den ursprungliga digitala modellen, som sedan matas in i 3D-skrivaren.
Det har förutspåtts att 3D-utskrifter inom det medicinska området kommer att vara värda 3,5 miljarder dollar år 2025, jämfört med 713,3 miljoner dollar år 2016. Industrins sammansatta årliga tillväxttakt antas nå 17,7 % mellan 2017 och 2025.
Det finns fyra centrala användningsområden för 3D-utskrift inom det medicinska området som är förknippade med de senaste innovationerna: skapande av vävnader och organoider, kirurgiska verktyg, patientspecifika kirurgiska modeller och skräddarsydda proteser.
Bioutskrift av vävnader och organoider
En av de många typer av 3D-utskrift som används inom området för medicinska anordningar är bioutskrift. I stället för att skriva ut med hjälp av plast eller metall använder bioprinters en datorstyrd pipett för att lägga levande celler, så kallad biotryck, på varandra för att skapa konstgjord levande vävnad i ett laboratorium.
Dessa vävnadskonstruktioner eller organoider kan användas för medicinsk forskning eftersom de efterliknar organ i miniatyrskala. De prövas också som billigare alternativ till transplantationer av mänskliga organ.
Det amerikanska medicinska laboratorie- och forskningsföretaget Organovo experimenterar med att skriva ut lever- och tarmvävnad för att hjälpa till med att studera organ in vitro, samt med läkemedelsutveckling för vissa sjukdomar. I maj 2018 presenterade företaget prekliniska data för levervävnadens funktionalitet i ett program för tyrosinemi typ 1, ett tillstånd som försvårar kroppens förmåga att metabolisera aminosyran tyrosin på grund av brist på ett enzym.
Wake Forest Institute i North Carolina, USA, antog ett liknande tillvägagångssätt genom att utveckla en 3D-hjärnorganoid med potentiella tillämpningar för läkemedelsforskning och sjukdomsmodellering. Universitetet meddelade i maj 2018 att dess organoider har en helt cellbaserad, funktionell blod-hjärnbarriär som efterliknar normal mänsklig anatomi. Universitetet har också arbetat med 3D-utskrift av hudtransplantat som kan appliceras direkt på brännskadade offer.
Kirurgiska förberedelser underlättas av 3D-utskrivna modeller
En annan tillämpning av 3D-utskrift inom det medicinska området är att skapa patientspecifika organrepliker som kirurger kan använda för att öva på innan de utför komplicerade operationer. Denna teknik har visat sig påskynda ingrepp och minimera traumat för patienterna.
Den här typen av ingrepp har utförts med framgång vid operationer som sträcker sig från transplantationer av hela ansiktet till ryggradsoperationer och börjar bli rutin.
I Dubai, där sjukhusen har mandat att använda 3D-utskrift fritt, opererade läkarna framgångsrikt en patient som hade drabbats av ett hjärnaneurysm i fyra vener med hjälp av en 3D-utskriven modell av hennes artärer för att kartlägga hur man på ett säkert sätt kunde navigera blodkärlen.”
I januari 2018 övade kirurger i Belfast framgångsrikt för en njurtransplantation av en 22-årig kvinna med hjälp av en 3D-utskriven modell av hennes donators njure. Transplantationen var fylld av komplikationer eftersom hennes far, som var hennes donator, hade en inkompatibel blodgrupp och hans njure upptäcktes ha en potentiellt cancerartad cysta. Med hjälp av den 3D-utskrivna kopian av hans njure kunde kirurgerna bedöma tumörens och cystans storlek och placering.
3D-utskrift av kirurgiska instrument
Sterila kirurgiska instrument, som t.ex. pincetter, hemostater, skalpellhandtag och klämmor, kan tillverkas med hjälp av 3D-skrivare.
Det är inte bara så att 3D-utskrift producerar sterila verktyg, utan en del av dem är också baserade på den urgamla japanska metoden origami, vilket innebär att de är precisa och kan göras mycket små. Dessa instrument kan användas för att operera små områden utan att orsaka onödig extra skada på patienten.
En av de största fördelarna med att använda 3D-utskrift i stället för traditionella tillverkningsmetoder för att producera kirurgiska instrument är att produktionskostnaderna är betydligt lägre.
Skräddarsydda proteser med hjälp av 3D-utskrift
Den medicinska 3D-utskriftsbranschen kan användas för att tillverka proteser som är skräddarsydda för att passa och passa bäraren. Det är vanligt att amputerade personer väntar i veckor eller månader på att få proteser på traditionellt sätt, men 3D-utskrift påskyndar processen avsevärt och skapar dessutom mycket billigare produkter som erbjuder patienterna samma funktionalitet som traditionellt tillverkade proteser.
Den lägre prispunkten för dessa produkter gör dem särskilt användbara för barn, som snabbt växer ur sina proteser.
3D-utskrift gör det också möjligt för patienten att utforma en protes som direkt motsvarar deras behov. Body Labs har till exempel skapat ett system som gör det möjligt för patienter att genom skanning modellera sin protes på sina egna lemmar för att skapa en mer naturlig passform och ett mer naturligt utseende. Dessutom har forskare vid Massachusetts Institute of Technology försökt utforma bekvämare protesfästen.