3D-печать может показаться чем-то из области научной фантастики, но сегодня она играет важную роль в здравоохранении. Врачи могут использовать эту технологию для совершенствования операций, создания лучших, более доступных протезов и имплантатов и даже для быстрой разработки медицинского оборудования. Вот некоторые из основных способов использования 3D-печати больницами и врачами, а также то, как она может изменить ваше здравоохранение в будущем.
3D-печать в больницах
В 2010 году всего три больницы имели собственное оборудование для 3D-печати. В 2019 году их число выросло до 113. Это позволяет врачам посмотреть на анатомию вашего тела до того, как они проведут операцию. Они могут даже практиковаться на ней перед процедурой. Это может привести к лучшим результатам хирургического вмешательства. Исследование 2019 года, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показало, что врачи, которые использовали 3D-модель для подготовки к операциям по удалению опухолей почек, отмечали более короткое операционное время, меньшую потерю крови во время операций и более короткое пребывание в больнице. Другое исследование, проведенное в 2021 году, показало, что продолжительные операции сокращались от 1,5 до 2,5 часов, когда хирурги использовали 3D-модели.
Для создания моделей врачи обычно вводят данные КТ или МРТ в специальную программу. В результате создается файл автоматизированного проектирования, который отправляется на 3D-принтер, распечатывающий реальную физическую модель.
Протезирование
Протезы меняют жизнь, если вы в них нуждаетесь. Но 3D-печатные протезы могут еще больше изменить жизнь. Они помогают инженерам и врачам разрабатывать протезы, полностью адаптированные под конкретного человека. Кроме того, эта технология стала более доступной и недорогой, поскольку потребительская 3D-печать означает, что протезы "сделай сам" могут быть напечатаны кем угодно и где угодно.
Одна из организаций, помогающих нуждающимся, - e-NABLE, сеть добровольных дизайнеров, инженеров и врачей, которые создают 3D-печатные протезы. Они сделали более 8 000 протезов конечностей для людей по всему миру.
Медицинские имплантаты
Хотя зубные имплантаты были одними из первых одобренных видов применения 3D-технологии, FDA с тех пор одобрило ее для коленных, тазобедренных, голеностопных суставов, позвоночника и черепа. Эти имплантаты зачастую тоньше и дешевле, чем традиционные имплантаты. В одном из исследований люди, которым была проведена операция по замене тазобедренного сустава с использованием 3D-имплантата, отмечали лучшую стабильность и меньшую боль, чем те, кому был установлен обычный имплантат. По одной из версий, 3D-имплантаты способствуют росту костной ткани больше, чем традиционные имплантаты.
3D-печатные имплантаты также могут быть более похожи на собственную кость вашего организма. В одном из исследований людей, перенесших операцию по сращению позвонков и использовавших 3D-имплантаты, было установлено, что операция почти во всех случаях (99%) прошла успешно.
Медицинское оборудование
Хирургические инструменты, такие как щипцы, зажимы, гемостаты и ретракторы, теперь могут быть изготовлены с использованием 3D-технологии. Одно из их преимуществ заключается в том, что их можно быстро модифицировать после того, как хирурги воспользуются ими и предоставят свои отзывы. Они также могут быть полезны, когда проблемы с поставками приводят к нехватке медицинского оборудования. Например, во время пандемии COVID-19, когда аппараты искусственной вентиляции легких были в дефиците, команда из Орегонского университета здоровья и науки разработала недорогой аппарат искусственной вентиляции легких, изготовленный с помощью технологии 3D-печати. Устройство настолько простое, что не требует электричества и может быть изготовлено всего за 3 часа по цене менее 10 долларов за штуку.
Что в будущем?
3D ткани тела
Многие крупные больницы уже могут распечатать 3D-модель частей вашего тела или органов, чтобы помочь хирургам спланировать процедуру. Но эти ткани и органы создаются только из твердого пластика или резины. Новое исследование может создать более аутентичную версию. В 2020 году исследователи из Университета Карнеги-Меллона создали первую полноразмерную 3D-модель человеческого сердца из вещества под названием альгинат, которое очень похоже на настоящую сердечную ткань. Это облегчает хирургам вырезание и манипуляции с ним, как и с настоящим сердцем во время медицинской процедуры.
Одной из проблем было добиться того, чтобы органы держались вместе во время печати, поскольку под действием силы тяжести биологический материал, известный как биолинк, часто смещается. Исследователи Университета Карнеги-Меллона смогли изготовить сердце с помощью метода, известного как Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH). С помощью иглы раствор биологического материала, или биолинк, вводится в мягкий гидрогель, который поддерживает объект во время печати. После этого применяется тепло, чтобы гидрогель расплавился.
Надеемся, что в конечном итоге модели, подобные этой, смогут обеспечить структуру, к которой смогут прилипать и расти клетки, что позволит врачам ремонтировать или даже полностью заменять человеческие органы.
3D-таблетки
Поскольку врачи переходят к более персонализированной медицине, есть надежда, что 3D-таблетки будут развиваться вместе с ней. Это позволит фармацевтам быстро производить таблетки с дозировками, формами, размерами и характеристиками выпуска, подобранными для каждого человека. На данный момент существует только один 3D-препарат - Spritam (леветирацетам), противоэпилептический препарат, одобренный FDA в 2015 году. Он позволяет врачам назначать очень высокую дозу, которая невозможна при использовании обычных методов.
Но 3D-таблетки не прижились, отчасти потому, что их печать занимает много времени. Но исследователи нашли новый метод печати, при котором лекарство растворяется в растворе химического вещества, активируемого светом. Это позволяет ему быстро затвердеть и сформировать печатную таблетку. Некоторые лекарства теперь могут быть напечатаны всего за 7 секунд. Исследователи надеются, что в один прекрасный день таблетки можно будет печатать с помощью света с экрана вашего смартфона.
