Új orvosi eszközök és műszerek
A 3D nyomtatás gyakorlatilag a gyors prototípusgyártás szinonimájává vált. A házon belüli 3D nyomtatás könnyű kezelhetősége és alacsony költsége forradalmasította a termékfejlesztést is, és számos orvosi eszközök gyártója alkalmazza a technológiát vadonatúj orvosi eszközök és sebészeti műszerek gyártásához.
Az 50 legnagyobb orvosi eszközgyártó vállalat több mint 90 százaléka használja a 3D nyomtatást az orvosi eszközök pontos prototípusainak, valamint a tesztelés egyszerűsítését szolgáló állványok és rögzítések elkészítéséhez.
Alex Drew, a DJO Surgical, egy globális orvosi eszközöket gyártó cég gépészeti projektmérnöke szavaival élve. “Mielőtt a DJO Surgical behozta a fedélzetre, a prototípusok elkészítésében szinte kizárólag külső nyomtatási beszállítókra támaszkodtunk. Ma már négy Formlabs-gépet használunk, és a hatás mélyreható volt. A 3D nyomtatási arányunk megduplázódott, a költségek 70 százalékkal csökkentek, és a nyomtatási részletesség lehetővé teszi a tervek egyértelmű kommunikációját az ortopéd sebészekkel.”
Az orvosi eszközökkel foglalkozó vállalatok, mint a Coalesce, a 3D nyomtatást használják az orvosi eszközök pontos prototípusainak elkészítésére.
A 3D nyomtatás felgyorsíthatja a tervezési folyamatot, mivel hetek helyett napok alatt iterálja a komplex terveket. Amikor a Coalesce-t egy olyan inhalációs eszköz létrehozásával bízták meg, amely digitálisan képes felmérni egy asztmás beteg belégzési áramlási profilját, a szolgáltatóknak történő kiszervezés minden egyes prototípus esetében hosszú átfutási időt eredményezett volna. A tervezési fájlokat aprólékosan finomítani kellett volna különböző iterációkon keresztül, mielőtt elküldték volna őket a gyártásra.
Ehelyett az asztali SLA 3D nyomtatás lehetővé tette a Coalesce számára, hogy a teljes prototípusgyártási folyamatot házon belül tartsa. A prototípusok alkalmasak voltak a klinikai vizsgálatokban való használatra, és úgy néztek ki, mint egy kész termék. Sőt, amikor bemutatták az eszközt, ügyfeleik összetévesztették a prototípust a végtermékkel.
A házon belüli gyártás összességében óriási, 80-90%-os csökkenést jelentett a prototípusok elkészítési idejében. Ráadásul az alkatrészek nyomtatása mindössze nyolc órát vett igénybe, és néhány napon belül el tudták őket készíteni és festeni, míg ugyanez a folyamat egy külső vállalkozón keresztül egy-két hetet vett volna igénybe.
Megfizethető protézisek
Évente több százezer ember veszíti el valamelyik végtagját, de csak egy részük jut hozzá a funkcióját visszaállító protézishez.
Az egyszerű protézisek csak néhány méretben kaphatók, így a betegeknek azzal kell beérniük, ami a legjobban illik rájuk, míg a valódi végtagok mozgását és fogásait utánzó, testre szabott bionikus eszközök, amelyek a személy maradék végtagjának izmaira támaszkodnak a funkciók irányításához, olyan drágák, hogy csak a fejlett országokban a legjobb egészségbiztosítással rendelkező betegek számára elérhetőek. Ez különösen a gyermekek számára készült protéziseket érinti. Ahogy a gyerekek nőnek és kalandokba keverednek, elkerülhetetlenül kinövik a protéziseiket, és drága javításra szorulnak.
A nehézséget az jelenti, hogy nincsenek olyan gyártási eljárások, amelyekkel megfizethető áron lehetne egyedi alkatrészeket gyártani. A protézisek azonban egyre inkább kihasználhatják a 3D nyomtatás sokat emlegetett tervezési szabadságát, hogy enyhítsék ezeket a magas pénzügyi akadályokat.
Az e-NABLE-hez hasonló kezdeményezések lehetővé teszik, hogy világszerte egész közösségek alakuljanak a 3D nyomtatott protézisek köré. Az információk és a nyílt forráskódú tervek szabad online megosztásával független mozgalmat indítanak el a protézisgyártásban, így a betegek akár 50 dollárért is hozzájuthatnak a számukra jól illeszkedő, egyedi tervezésű protézishez.
Más feltalálók, mint Lyman Connor, egy lépéssel tovább mennek. Lyman mindössze egy négy asztali 3D-nyomtatóból álló kis létesítmény segítségével tudta elkészíteni és felszerelni első sorozatgyártású protéziseit. A végső célja? Egy testre szabható, teljesen bionikus kéz létrehozása, amelyet az ilyen fejlett protézisek jelenlegi több tízezer dolláros kiskereskedelmi árának töredékéért lehetne értékesíteni.
Máshol, az MIT kutatói szintén a 3D nyomtatást azonosították, mint a kényelmesebb protézisalátétek előállításának optimális eszközét.
Mondani sem kell, hogy az ilyen protézisek előállításának alacsony költsége, valamint az egyéni tervezéssel járó szabadság revelatívnak bizonyult. A 3D nyomtatással készült protézisek akár két hét alatt elkészülhetnek, majd kipróbálhatók és karbantarthatók, sokkal alacsonyabb költséggel, mint hagyományos társaik.
Amint a költségek tovább csökkennek és az anyagtulajdonságok javulnak, a 3D nyomtatás kétségtelenül egyre nagyobb szerepet fog játszani az egészségügy ezen területén.
Korrekciós talpbetétek és ortézisek
A protéziseknél tapasztalt magas pénzügyi akadályok közül sokan az olyan területeken is honosak, mint az ortézisek és talpbetétek. Sok más betegspecifikus orvosi eszközhöz hasonlóan az egyedi ortézisek is gyakran elérhetetlenek magas áruk miatt, és hetekig vagy hónapokig tart a legyártásuk. A 3D nyomtatással ennek többé nem kell így lennie.
Matej és fia, Nik példája jut eszünkbe. A 2011-ben koraszülöttként született Nik a szülés során felmerült nehézségek miatt agyi bénulásban szenvedett, amely állapot világszerte közel húszmillió embert érint. Matejt inspirálta fia rendíthetetlen akarata, hogy túllépjen az állapotából fakadó korlátokon, de választania kellett egy szabványos, előre elkészített ortézis között, amely nem lett volna megfelelő és kényelmetlen a fia számára, vagy egy drága, egyedi megoldás között, amelynek szállítása hetekig vagy hónapokig tartott volna, és amelyet a növekvő gyermek gyorsan elavulttá tett volna.
Úgy döntött, hogy saját kezébe veszi az ügyet, és új megoldásokat keresett e cél eléréséhez. A digitális technológiák, köztük a 3D szkennelés és a 3D nyomtatás nyújtotta szabadsággal Matej és Nik gyógytornászai szabadon kísérletezhettek, és egy teljesen új, innovatív munkafolyamatot dolgozhattak ki a boka-láb ortézisek (AFO) számára.
A létrejött egyedi készítésű, 3D nyomtatott ortézis pontosan ott nyújtott Niknek támogatást, kényelmet és korrekciót, ahol arra szükség volt, és segített Niknek, hogy végre megtegye első önálló lépéseit. Ez az egyedi ortézis a csúcskategóriás ortézisek nagymértékben beállított kivitelét adta vissza, az ár töredékéért, és további beállítások nélkül.
A szakemberek világszerte a 3D nyomtatást használják a páciens- és ügyfélspecifikus talpbetétek és ortézisek, valamint a fizikoterápia javítását szolgáló számos más eszköz újbóli feltalálására. A múltban a testre szabott eszközökkel végzett fizikoterápia folyamata nehézkesnek bizonyult. A betegek gyakran szembesültek a hosszú várakozási idővel és a kész darabokkal, amelyek kényelmetlenséget okoztak. A 3D nyomtatás azon az úton halad, hogy megváltoztassa ezt a status quót. A 3D nyomtatott talpbetétek és ortézisek jobb illeszkedésnek bizonyultak, jobb terápiás eredményekhez vezettek, és nagyobb kényelmet és használatot biztosítottak a betegek számára.
Bioprinting, Tissue Engineering, 3D nyomtatott szervek és azon túl
A súlyos szervelégtelenségben szenvedő betegek kezelésének hagyományos eszközei jelenleg az autograftok, azaz az egyén testének egyik pontjáról egy másik pontjára történő szövetátültetés, vagy a donorból származó szervátültetés. A bioprinting és a szövetszerkesztés területén dolgozó kutatók azt remélik, hogy hamarosan ez megváltozik, és képesek lesznek igény szerint szöveteket, ereket és szerveket létrehozni.
A 3D bioprinting az additív gyártási eljárások használatára utal, amelyek során bioinknek nevezett anyagokat helyeznek el, hogy szövetszerű struktúrákat hozzanak létre, amelyek az orvosi területeken felhasználhatók. A szövettechnológia a különböző fejlődő technológiákra utal, beleértve a bioprintinget is, amelyek célja a helyettesítő szövetek és szervek laboratóriumban történő növesztése sérülések és betegségek kezelésére.
A nagy pontosságú 3D nyomtatás segítségével az olyan kutatók, mint Dr. Sam Pashneh-Tala a Sheffieldi Egyetemről, új lehetőségeket hoztak a szövetsebészetbe.
A sejtnövekedés irányításához, hogy a kívánt szövet kialakuljon, Dr. Pashneh-Tala élő sejteket növeszt a laborban egy állványzaton, amely a kívánt alakú, méretű és geometriájú sablont adja. Például egy szív- és érrendszeri beteg számára egy vérér létrehozásához csőszerű szerkezetre van szükség. A sejtek elszaporodnak és beborítják az állványzatot, felvéve annak alakját. Az állványzat ezután fokozatosan lebomlik, így az élő sejtek a célszövet alakjába rendeződnek, amelyet egy bioreaktorban, azaz a fejlődő szövetet tartalmazó, a test belső környezetét reprodukálni képes kamrában tenyésztenek a szerves szövet mechanikai és biológiai teljesítményének megszerzése érdekében.
Egy 3D nyomtatott bioreaktorkamra, amelyben egy szövetszerkesztett miniatűr aorta növekszik. A szövetet a bioreaktorban tenyésztik, hogy megszerezze a szerves szövet mechanikai és biológiai teljesítményét.
Ez lehetővé teszi a tudósok számára, hogy betegspecifikus érátültetési terveket, jobb műtéti lehetőségeket hozzanak létre, és egyedülálló tesztplatformot biztosít új érrendszeri orvosi eszközökhöz a szív- és érrendszeri betegségben szenvedők számára, amely jelenleg az első számú halálozási ok világszerte. Ezt követően a végső cél olyan erek létrehozása, amelyek készen állnak a betegekbe történő beültetésre. Mivel a szövettechnológia olyan sejteket használ, amelyeket a kezelést igénylő pácienstől vesznek, kiküszöböli az immunrendszer általi kilökődés lehetőségét – ami manapság a hagyományos szervátültetési eljárások során jelentős probléma.
A 3D nyomtatás bebizonyította, hogy képes választ adni a szintetikus erek előállításának kihívásaira, mivel megoldja a szükséges ér pontos formájának, méretének és geometriájának újrateremtésével járó nehézségeket. Az, hogy a nyomtatott megoldásokat szorosan hozzá lehetett igazítani a betegek speciális igényeihez, revelatívnak bizonyult.
Dr. Pashneh-Tala szavaival élve: ” lehetőséget kínál a jobb műtéti lehetőségekre és akár a beteghez igazított értervezésre is. A nagy pontosságú, megfizethető 3D nyomtatáshoz való hozzáférés nélkül ezeknek a formáknak a létrehozása nem lenne lehetséges.”
A 3D nyomtatókban való felhasználásra alkalmas biológiai anyagok terén izgalmas áttörést értünk el. A tudósok új hidrogél anyagokat fejlesztenek ki, amelyek ugyanolyan konzisztenciával rendelkeznek, mint az emberi agyban és tüdőben található szervszövetek, és kompatibilisek lehetnek a különböző 3D nyomtatási eljárásokkal. A tudósok azt remélik, hogy képesek lesznek beültetni ezeket egy szervre, hogy “állványzatként” működjenek, amelyen a sejtek növekedésre ösztönözhetők.
Míg a teljesen működőképes belső szervek, például szívek, vesék és májak bioprintelése még mindig futurisztikusan hangzik, a hibrid 3D nyomtatási technikák fejlődése nagyon gyors ütemben történik.
A biológiai anyag laboratóriumi nyomtatókban történő felépítése előbb-utóbb várhatóan új, teljesen működőképes 3D nyomtatott szervek létrehozásának képességéhez vezet. 2019 áprilisában a Tel Aviv-i Egyetemen tudósok létrehozták az első 3D-s szívet egy beteg biológiai anyagának felhasználásával. Az apró másolatot a beteg saját biológiai anyagainak felhasználásával hozták létre, létrehozva a beteg immunológiai, sejtszintű, biokémiai és anatómiai profiljának teljes egyezését.
“Ebben a szakaszban a 3D-s szívünk kicsi, akkora, mint egy nyúl szíve, de a nagyobb emberi szívekhez ugyanez a technológia szükséges” – mondta Tal Dvir professzor.”
A Tel Avivi Egyetemen létrehozott első 3D-s bioprintelt szív.
Mi következik az orvosi 3D nyomtatásban?
A precíz és megfizethető 3D nyomtatási eljárások, mint például az asztali sztereolitográfia, demokratizálják a technológiához való hozzáférést, lehetővé teszik az egészségügyi szakemberek számára új klinikai megoldások kifejlesztését és egyedi eszközök gyors gyártását, valamint az orvosok számára, hogy világszerte új kezeléseket nyújtsanak.
Amint a 3D nyomtatási technológiák és anyagok tovább fejlődnek, megnyitják az utat a személyre szabott ellátás és a nagy hatású orvosi alkalmazások előtt.
Tudjon meg többet a 3D nyomtatásról az egészségügyben.