Druk 3D w służbie medycynie

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Czas czytania: 4 min.

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.

Proteza ręki druk 3D
Proteza wykonana techniką druku 3D.

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.

Model serca ludzkiego - druk 3D
Model ludzkiego serca w technologii druku 3D.

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).

Przyłbice COVID-19 Botland 3D

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.

Implanty szczękowe 3D
Implanty szczękowo-twarzowe z drukarek 3D - wspaniałe osiągnięcia implantologii.

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. 

Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Marcin Lesiński

Marcin Lesiński

Miłośnik elektroniki, druku 3D i nauk stosowanych, swoją wiedzę gromadzi od 14-tego roku życia. W Botlandzie tworzy projekty i poradniki dla klientów, a w wolnym czasie zajmuje się automatycznymi uprawami i prototypowaniem. Fan muzyki rockowej i brytyjskiego kina.

Zobacz więcej:

Elon Musk Neuralink Botland
Ciekawostki
Oskar Pacelt

Elon Musk zaskakuje świat po raz kolejny. Neuralink działa

Jeżeli jesteś fanem sztucznej inteligencji i nowatorstwa w dziedzinie kontaktu człowiek-maszyna, to ten artykuł jest dla Ciebie. Nie przegap wielkiego kroku na drodze postępu – Neuralink właśnie stał się faktem.

Dodaj komentarz