3D-печать – прорыв в медицинских технологиях

При помощи 3D- принтеров эта технология проникла в массу различных сфер жизни. 3D-принтеры используют для того, чтобы создавать аксессуары, посуду, дизайнерские макеты и даже оружие. Принтеры для частного пользования и профессиональные инструменты уже появились на рынке. А в последнее время наблюдается также тенденция применения этой технологии в медицине.

И эксперты, и неспециалисты соглашаются с тем, что 3D-печать вполне способна изменить жизнь общества, так как люди с ее помощью получают возможность фактически самим создавать вещи, необходимые в быту. Возможно, 3D-печать еще нескоро станет привычной чертой повседневной жизни, но в медицине эта технология уже начала совершать прорывы.

Как считает Ашхен Овсепян, директор компании SIU System, официального дистрибьютора американской корпорации 3D Systems: «Медицина – одна из важнейших и самых перспективных областей развития 3D-технологий. 3D-печать может использоваться в трансплантологии, травматологии, протезировании, пластической хирургии, в стоматологии и многих других областях».

3D-технологии в современной медицине применяются по-разному – некоторые используются частично, для того, чтобы их можно было дорабатывать под различные задачи, а некоторые технологии полностью вошли в рабочий процесс.

Стоматология

В этой сфере 3D-технологии используются активнее всего. Компания Align Technology вывела на рынок капы для выравнивания зубов, напечатанные на 3D-принтере, еще в 1999 году. Капы для зубов – удобная альтернатива брекетам, которая не причиняет неудобств, так как они прозрачны и поэтому незаметны на зубах. На текущий момент компания производит более 650 000 кап в день. Для создания кап проводится сканирование челюсти пациента во всех ракурсках. Затем создаются индивидуальные капы – каждые две недели их приходится печатать заново, так как за это время в зубном ряду произошли изменения. 

Как рассказывает А.Овсепян: «Многие люди стесняются ходить с брекетами: такие конструкции выглядят неэстетично. Клиенты предпочитают на всю жизнь оставаться с неправильным прикусом, поэтому капы – идеальный вариант для этих людей. Некоторые московские стоматологии уже используют этот метод для создания голливудской улыбки».
При помощи 3D-принтеров также можно гораздо дешевле, проще и быстрее создать слепок челюсти и зубов. Такой подход примениется, например, в Московском государственном медико-стоматологическом университете. Там студентов уже обучают использованию 3D-технологий в стоматологии на специально закупленном оборудовании.

Слуховое протезирование

Компания Widex с 2012 года применяет сбственную технологию по протезированию слуха. В ушную раковину сначала вводится жидкий силикон, на основе которого создается слепок. Затем трехмерная модель слепка обрабатывается на 3D-сканере и воспроизводится 3D-принтером. Слуховое устройство вставляется в модель, и результате получается миниатюрный и точный внутриушной аппарат.

Другой подход избрала компания In’Tech. В 2001 году здесь начали работать с принтером Viper SLA. Он позволяет изготавливать оболочку для слуховых устройств, которую можно вставить внутрь уха. Точность оболочки может быть подогнана в пределах миллиметра.

Трансплантология

То, что еще недавно казалось фантастикой, теперь становится реальностью – 3D-печать может создавать детали органов для пересадки. В 2012 году жительнице Бельгии впервые пересадили челюсть, созданную таким образом. Хотя о создании целостного органа пока речи нет - 3D-печать, конечно, не в силах воссоздать полноценные почки, сердечные клапаны или печень.

Тем не менее 3D-принтер вполне способен на замещение частей и составляющих тела. В США на 3D-принтере уже были напечатаны элементы экзоскелета для двухлетней девочки Эммы, больной артрогриппозом. Это заболевание скелетно-мышечной системы, при котором суставы и мышцы недоразвиваются, и происходит деформация и стягивание конечностей. Но вспомогательный экзоскелет помог ребенку двигать руками, а значит можно было рисовать и играть. В 2013 году ученые уже создали целый экзоскелет для девушки Аманды Бокстел (Amanda Boxtel), которая из-за паралича после падения на горных лыжах не могла ходить 22 года.

«Разработчики 3D Systems смогли поставить женщину на ноги. Ее позвоночник, голени и бедра отсканировали в 3D, после чего был напечатан целый экзоскелет. Аманда получила возможность вновь самостоятельно вставать и передвигаться. Блоки управления и сложные механические приводы, которые предоставили специалисты EksoBionics, ученые объединили с элементами, напечатанными на 3D-принтере» - рассказывает Овсепян.

Не отстает от американских коллег и российская наука. В 2013 году на базе Сколково открылась частная лаборатория по биотехническим исследованиям «3D Биопринтинг Солюшенс» - здесь методы трехмерной органной биопечати исследуются со всех сторон. Помимо титановых имплантов, 3D-печать также может создавать модели костей, по структуре максимально схожие с настоящими. Такая технология позволила бы сделать операции по пересадке более безопасными и простыми.

Онкология

Сможет ли 3D-печать помочь больным раком людям? Ученые рассчитывают использовать 3D-модели не только для реабилитации после операций, но и для предотвращения развития опухолей. Этому уже есть примеры из практики: пациенту из-за злокачественной опухоли полностью удалили левую часть лица. Но 3D-печать помогла хирургам имплантировать лицевой протез, при помощи которого пациент смог нормально питаться.

Перспектива предотвращения рака при помощи 3D-технологий только начинает развиваться. В ДНК существует последовательность молекул G-квадруплекса, которую невозможно изобразить в двумерном пространстве. Ученые из Университета Алабамы создали модель такой молекулы на 3D-принтере. Эта модель, как предполагается, поможет понять, как необходимо воздействовать на такие молекулы, чтобы остановить деление раковых клеток в поджелудочной железе.

Протезирование

Индивидуальные протезы с учетом всех особенностей пациента – не исключительная прерогатива 3D-печати, но гораздо более дешевая. Изначально протезирование опробовали на животных. В 2012 году в США браконьер покалечил выстрелом белоголового орлана. Для птицы была создана модель клюва из нейлона, и до пересадки протеза орлана кормили и поили вручную. Искусственный клюв позволил птице питаться самостоятельно.

В 2013 году инженер Иван Оуэнс запустил проект Robohand, создающий недорогие протезы для рук. В создании проекта участвовал плотник из Южной Африки Ричард Ван Ас, сам лишившийся четырех пальцев на руке в результате несчастного случая. Теперь протезы Оуэнса и Ван Аса стоят в среднем 15 долларов за штуку, в то время как цена традиционных протезов может превышать 10 тысяч долларов.

Ранее на нашем портале мы уже писали о уникальной операции по восстановлению лица. Британцу Стивену Пауэру хирурги буквально восстановили «каркас» лица. Другой случай применения 3D-печати – маленькому американцу Гаррету Петерсону с помощью 3D-принтера создали биополимерную шину, подходящую для его трахеи.