Spis treści:
Medycyna, obok wojskowości i przemysłu, to jedna z dziedzin najszybciej przejmujących nowe technologie i adaptujących je do swoich potrzeb. Tak dzieje się również z drukiem przestrzennym, który powszechnie wykorzystuje się podczas badań naukowych albo w celu ratowania ludzkiego życia i zdrowia.
Przewaga druku 3D nad innymi technologiami
Druk przestrzenny jest metodą addytywną (zwaną również przyrostową lub kumulacyjną) – bez względu na stosowaną technologię drukowania 3D przedmioty wytwarzane tym sposobem powstają poprzez budowanie modelu warstwa po warstwie. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie efektów trudnych do odtworzenia przy pomocy tradycyjnych metod produkcji, takich jak odlewnictwo. Druk przestrzenny nie wymaga form, umożliwia stosunkowo szybkie i niedrogie wytwarzanie modeli o skomplikowanych kształtach, a różnorodność możliwych do wykorzystania materiałów i szeroka dostępność tej technologii sprawiają, że jej zastosowanie jest możliwe w bardzo wielu dziedzinach.
W jakich dziedzinach druk 3D sprawdzi się najbardziej
Druk 3D jest badany, wdrażany lub już stosowany w bardzo wielu dziedzinach związanych z medycyną – w ten sposób powstają między innymi protezy, implanty, modele anatomiczne do nauki, modele przedoperacyjne, elementy sprzętu medycznego i urządzeń do rehabilitacji czy nawet niektóre leki. Trwają też prace nad tworzeniem tak zwanych biowydruków: komórek, tkanek czy nawet całych narządów. Druk 3D to szczególnie atrakcyjna technologia w przypadkach, gdzie potrzebne jest uzyskanie elementu „szytego na miarę” – na przykład odtworzenie fragmentu kośćca czy stworzenie precyzyjnego modelu przedoperacyjnego.
Zastosowania druku przestrzennego w medycynie
Drukowanie elementów przestrzennych z różnych materiałów może wpłynąć na wiele gałęzi medycyny oraz pokrewnych dziedzin, takich jak przemysł farmaceutyczny czy edukacja związana ze zdrowiem. Poniższe przykłady ukazują, jakie zastosowania druku 3D są wykorzystywane w profilaktyce, rehabilitacji czy różnorodnych terapiach.
Protezy i implanty
Jest to jeden z najprężniej rozwijających się działów medycyny, które wykorzystują technologię druku przestrzennego. Przy pomocy drukarek 3D powstają elementy protez (lub całe niskobudżetowe protezy), implanty dentystyczne, syntetyczne zamienniki uszkodzonych części układu kostnego (na przykład fragmenty czaszki) czy sztuczne zastawki serca. Do zalet tej technologii należy przede wszystkim relatywnie niski koszt (co jest szczególnie istotne na przykład w przypadku protez dla dzieci, które ze względu na szybki wzrost w tym wieku muszą być często wymieniane) oraz możliwość precyzyjnego dopasowania tworzonego elementu do ciała pacjenta na podstawie wygenerowanego komputerowo dokładnego modelu.
Sprzęt do rehabilitacji i dla osób niepełnosprawnych
Podobnie jak w przypadku implantów i protez dopasowany do potrzeb konkretnego pacjenta sprzęt do rehabilitacji (na przykład drukowane z tworzyw sztucznych „pancerze” stosowane zamiast tradycyjnego gipsu) może znacznie zwiększyć komfort poszkodowanego i przyspieszyć jego powrót do zdrowia. Natomiast w przypadku osób niepełnosprawnych możliwe jest ułatwienie im wielu codziennych czynności – przy pomocy drukarek 3D powstają na przykład egzoszkielety umożliwiające chorym z porażeniem kończyn samodzielne chodzenie.
Modele anatomiczne do nauki
Przy pomocy technologii druku przestrzennego tworzone są niezwykle precyzyjne i perfekcyjnie odwzorowujące rzeczywistość modele anatomiczne. Mogą one zostać wykorzystane nie tylko podczas kształcenia przyszłych lekarzy, ale również w edukacji związanej z ochroną zdrowia i profilaktyką chorób w zwykłych szkołach, zakładach pracy czy ośrodkach pomocy społecznej.
Planowanie przedoperacyjne
Precyzyjne odwzorowanie powstające na podstawie dokładnych komputerowych analiz umożliwia stworzenie niemal idealnego modelu przedoperacyjnego. Obecnie są one stosowane między innymi w medycynie estetycznej (na przykład w rekonstrukcji twarzy po wypadkach czy chorobach nowotworowych), a także w chirurgii układu kostnego oraz wielu innych dziedzinach. Taki model nie tylko ułatwia pracę lekarzom (na przykład pozwalając na dopasowanie implantu na replice zamiast na żywo, podczas operacji), ale również pomaga w komunikacji z pacjentem i przekazaniu mu informacji o szczegółach planowanego zabiegu.
Drukowanie tkanek i organów
Choć drukowanie tkanek i organów na drukarkach 3D nie jest jeszcze powszechnym sposobem uzyskiwania materiału do przeszczepów, naukowcy, lekarze i pacjenci wiążą z tą metodą wielkie nadzieje. W tym celu wykorzystuje się między innymi biożel (jako podstawę do rozwoju komórek), komórki macierzyste oraz inne komórki charakterystyczne dla danych tkanek czy organów. W ten sposób udało się już uzyskać małżowinę uszną, pęcherz moczowy, fragmenty wątroby, skóry i serca czy naczynia krwionośne. Rozwój tej technologii pozwoli wyeliminować wiele problemów związanych z transplantologią, do których należy na przykład niewystarczająca liczba dawców czy kwestia negatywnej reakcji immunologicznej organizmu (odrzucenia przeszczepu).
Jak walczyliśmy z COVID-19
Zobacz nasz artykuł o druku przyłbic ochronnych dla szpitali na drukarkach Prusa.
Leki
Produkcja leków przy pomocy specjalnych drukarek przestrzennych stwarza możliwość niezwykle precyzyjnego dawkowania, a także dopasowania farmaceutyków do potrzeb konkretnego pacjenta (na przykład umieszczenie kilku substancji w jednej tabletce). Pozwala to uniknąć wielu problemów związanych z kupowaniem leków produkowanych na masową skalę, przykładowo braku odpowiedniej dawki czy obecności uczulających substancji pomocniczych, takich jak laktoza.
Sprzęt medyczny
Wiele elementów wykorzystywanego na co dzień sprzętu medycznego może zostać wyprodukowana przy pomocy drukarek 3D. Zastosowanie tej technologii pozwala często obniżyć koszt produkcji i przyspieszyć cały proces, co jest niezwykle ważne na przykład podczas niespodziewanych wydarzeń, takich jak epidemie czy katastrofy naturalne, gdy liczba potrzebujących pomocy pacjentów drastycznie wzrasta.
Testowanie leków – drukowanie komórek
Szybkie powielanie komórek, na przykład nowotworowych, jest w stanie znacznie przyspieszyć rozwój badań nad nowymi lekami. Druk 3D to jedna z najnowocześniejszych metod, które umożliwiają replikowanie potrzebnych komórek w znacznie bardziej wydajny sposób niż tradycyjne hodowle.
Jakie technologie druku 3D mają największy potencjał
Rodzaj zastosowanej technologii zależy od celu, jaki zamierza się uzyskać. W przypadku protez, sprzętu medycznego (na przykład respiratorów), modeli anatomicznych czy niektórych implantów najczęściej stosuje się podobne urządzenia jak w innych dziedzinach przemysłu. Są to zwykle drukarki stereolitograficzne (SLA), proszkowe (SLS) lub wykorzystujące materiały termoplastyczne (FDM). Natomiast do drukowania komórek, tkanek i narządów wykorzystuje się specjalistyczne urządzenia, które często budowane są zaledwie w jednym lub kilku egzemplarzach na zamówienie szpitali czy ośrodków naukowych.
Poniżej materiał w serwisie YouTube o tym, jak druk 3D może rozwiązać problemy z niedoborem organów do przeszczepów.
2 odpowiedzi
Pragnę zauważyć, że medycyna w ogóle nie jest nauką, więc tym bardziej nie jest cesarzową. Jest rzemiosłem wykorzystującym osiągnięcia nauki – zwykle bardzo zaawansowane, ale to nie czyni jej nauką.
Do rzemiosła jej daleko, choć to prawda, korzysta z osiągnięć wielu nauk. Trochę jak geomorfologia – czerpie wiedzę zarówno z nauk geograficznych, jak i geologicznych, a wszystkie trzy są naukami. Blisko jej też według niektórych do sztuki, a ożywione dyskusje wciąż trwają.