Skip to content Skip to left sidebar Skip to right sidebar Skip to footer

3D принтиране в медицината – от реквизит до човешки живот

3D принтиране

3D принтиране в медицината – от реквизит до човешки живот.

Когато става дума за 3D принтери се сещаме за отпечатването от малки части до пълномащабни къщи. Малцина обаче могат да си представят как тази технология може да се приложи в медицината. Разбира се това може да бъде един голям плюс за облагодетелстване и защита на човешкото здраве.

Например през 2014 г. на 3D принтер беше отпечатано човешко тяло. По-точно, всички негови части по един много натуралистичен начин. Учени от университета Монаш (Австралия) обясняват, че студентите по медицина често нямат възможност да надникнат в човешкото тяло. Затова те не могат да изучават анатомията толкова добре, както би трябвало да правят бъдещите лекари. За да постигнат прецизност във всеки детайл, учените използват техники за лазерно сканиране на повърхности и компютърна томография. След това те изработват части от тялото от гипс или пластмаса с помощта на 3D принтер.

3D принтиране е подходящо, когато е необходим персонализиран подход.

През 2015 г. руска компания обяви, че разработва 3D пластмасови ортези и фиксатори за фрактури и ставни заболявания. Това се оказа успешно, защото продуктите навлязоха на пазара и се конкурираха със съществуващите аналози поради по-ниската си цена. Днес отпечатването на такава ортеза отнема между 15 и 90 минути.

инвалидна количка Layer (Англия)

През 2015 г. дизайнерската агенция Layer (Англия) представя концепция за 3D принтиране на инвалидна количка. Разработчиците обещаха, че предварителното сканиране на тялото ще осигури най-удобните опори за краката и седалката.

Друго интересно приложение за 3D принтиране беше демонстрирано през 2016 г. За да извършат сложна операция, американските лекари принтират 3D модел на бъбрека на пациент. Раковият тумор се намира на опасно място – в непосредствена близост до уретера и жизненоважни артерии и вени. Благодарение на прецизния модел на органа хирурзите успяват да разработят план за отстраняване на злокачественото образование, като се използва 3D бъбрека. Този високотехнологичен подход помага на лекарите да спасят повече пациенти.

Сега, когато целият свят е зает с борбата срещу COVID-19, 3D принтирането също дава своя принос. В условията на недостиг на лични предпазни средства няколко държави обявиха производството на респиратори с помощта на 3D принтери. В Италия фирма за 3D печат научава, че в болниците липсват специализирани вентили за вентилатори. Същевременно започва да ги произвежда и насърчиха своите колеги да направят същото.

специализирани вентили за вентилатори

Тъй като официалният производител на клапани не предоставя техните чертежи, италианските ентусиасти трябва спешно да ги направят сами.

Най-успешната област на приложение.

Високата точност на персонализиране и възможността за отпечатване от много видове материали превръщат 3D принтерите в отличен инструмент за производство на протези. Технологията се използва успешно в стоматологията. Лекарите вече предлагат на пациентите възможност за 3D принтиране на отделни зъби, мостове и цели подвижни протези. На пазара има доста специализирани стоматологични принтери. Изследователите обаче не спират дотук и предлагат нови подобрения на технологията. През 2018 г. например американски учени разработиха 3D отпечатана протеза, която дезинфекцира самите венци.

Интересно е, че 3D отпечатаните протези често са на по-ниски цени от стандартните протези. Youbionic твърди, че нейните продукти струват до 40 пъти по-малко от подобни продукти на пазара. Сега компанията предлага не само готови протези, но и разработва на индивидуален дизайн. Същият може да бъде приложен във всяка фирма, която се занимава с 3D принтиране.

Зъбни протези

Гъбичните инфекции са често срещан проблем при пациентите с протези. Предложената протеза съдържа биоразградими полимерни капсули с противогъбичен агент, който предпазва венците от възпаление.

Glaze Prosthetics се фокусира върху максималното персонализиране.

Това се отнася не само за индивидуалните анатомични условия на клиента, но и за външния вид на протезата. Мотото на компанията е: „Въображението няма граници“. Дизайнът на продукта може да бъде какъвто пожелаете, дори имитация на истинска татуировка.

3D протезирането не се ограничава само до зъби и крайници. Например през 2014 г. с помощта на 3D принтиране лекарите успяха да направят импланти, които помогнаха да се възстанови лицето на жертва от автомобилна катастрофа. През същата година лекарите трансплантират 3D отпечатан череп на 22-годишно момиче. Пациентката страдаше от дебелината на родната си кост (5 см при норма 1,5). Тази аномалия се отразява на изражението на лицето ѝ и заплашва със загуба на някои мозъчни функции в бъдеще. 23-часовата операция е успешна: момичето се възстановява и се връща към нормалния си живот.

Протези

Интересно е, че Glaze Prosthetics предлага възможност да си представите не само външния вид на протезата, но и нейната функционалност. Например можете да поискате в изкуствената ръка да бъдат вградени високоговорители. Според компанията те предлагат варианти за хора, които се занимават със спорт, готвене, танци и др.

Изследванията в тази област продължават с бързи темпове. Например американски учени работят върху 3D отпечатани биоразградими импланти. Понастоящем при увреждане на костите се използват метални структури, които често се отхвърлят от организма или корозират. Освен това те трябва да бъдат отстранени след това. Според учените иновативната полимерна структура ще осигури рамка за растящата кост и постепенно ще се разтвори. Това означава, че няма да е необходима операция за отстраняване на протезата.

Изследователската мечта.

Преди акцента при печат съсредоточен към изкуствени материали (метал, пластмаса, полимер). Но далеч по интересна е идеята как да се отпечатат живи тъкани? 3D биопринтирането е технология за създаване на триизмерни модели, в които жизнеспособността и функциите на клетките се запазват. Първият патент в тази област е подаден през 2003 г. в САЩ.

Костенурка с изкуствена черупка

3D протезите се използват и във ветеринарната медицина. Например за костенурка, пострадала при пожар, е направена изцяло 3D отпечатана черупка. На един дакел е трансплантиран отпечатан титаниев череп, на папагал е присадена надорбитална кост, на сокол – крак и т.н.

А какво са постигнали изследователите междувременно? Първото, което може да отбележим е че скоростта на печат се е подобрила значително. Второ, появиха се доста разнообразни методи за биопринтиране. Най-често учените се опитват да „направят“ сравнително твърди обвивки – например стените на бъбреците, черния дроб и сърцето. През 2018 г. се появиха съобщения за първите успехи в 3D принтирането на меки тъкани, като например структурата на мозъка или белите дробове. За да се гарантира, че долният слой няма да увисне под тежестта на следващия, изследователите от Обединеното кралство използват метода на „бързото замразяване“ със сух лед.

И накрая, на трето място, в много страни се провеждат изследвания на различни фронтове. През 2016 г. руски учени успешно принтират щитовидна жлеза и я трансплантират в мишка. По-късно те съобщават за положителен резултат. През следващата година биолози от САЩ отпечатаха 3D яйчници, трансплантираха ги на лабораторни мишки и те родиха потомство.

Учени

Принтерът е тестван върху прасета. Резултатите са окуражаващи: изгарянията заздравяват успешно и има по-малко белези и възпаления в сравнение с третирането на същите рани с колагенови превръзки.

През 2018 г. беше отпечатана роговица от човешки клетки.

В миналото беше отпечатан миниатюрен модел на сърце с кръвоносни съдове. Канадски лекари представиха интересно проучване.  Те демонстрираха 3D принтер за лечение на тежки изгаряния. Фибринови листове се прилагат незабавно върху увредената област. Тя може да бъде неравномерна, с всякаква форма и размер.

През 17-те години, откакто съществува 3D биопринтирането, са постигнати някои експериментални успехи. Разбира се все още е трудно да ги наречем триумфални. А мечтите на изследователите, че проблемът с недостига на органи за трансплантация скоро ще бъде решен, засега остават мечти.

Нови космени фоликули

Миналата година 3D принтер беше използван за отглеждане на нови космени фоликули.

За близкото и далечно бъдеще.

Може да изглежда, че досега 3D биопринтирането не е постигнало значителен напредък. Но има и малки победи. През 2018 г. например китайски лекари се заеха да помогнат на деца с микротия, което е вродено недоразвитие на ушната мида. На пациентите с тази диагноза най-често се поставят импланти или външни протези. Този път лекарите решават да отпечатат ушните миди. Те избират пет деца с едностранна микротия, така че здравите уши да определят формата на отпечатаните, а материалът е от собствените клетки на пациентите.

цикъл на производство на протези

Медиците наблюдават децата в продължение на 2,5 години. Трима от тях са успешни, а при двама се наблюдават леки аномалии в растежа на ушната мида.

3D биопринтирането вече има реални перспективи да се превърне в основна помощ за медицинските изследвания.

Например през 2015 г. учените отпечатват копие на протеинови вериги, за да проучат как да улеснят химиотерапията на пациенти с рак. През 2018 г. изследователите създават 3D модел на сърдечната камера специално за експерименти. Те го използват, за да изследват последиците от инфаркт на миокарда и въздействието на отделни химикали. Миналата година беше представен 3D модел на нервната система, базиран на стволови клетки. Те са ги разпечатали, за да изследват сложни поведения и формирането на невродегенеративни заболявания в мозъка – нещо, което е трудно да се направи при обикновени условия.

3d принтирано сърце

До какво могат да доведат подобни експерименти? На първо място, това би подобрило качеството и точността на някои медицински изследвания. Второ, това ще доведе до намаляване на опитите върху животни. Производителите на лекарства и козметика, биологичните и химическите лаборатории ще могат да използват 3D образци от човешки тъкани и органи за тестове.

Това е близкото бъдеще. Но какво следва? Нека си спомним мотото на Glaze Prosthetics и да си представим, че въображението и възможностите ни нямат граници. Разбира се, основната мечта на учените, които се занимават с 3D биопринтиране, е да решат проблема с недостига на материали за трансплантация. В края на краищата към днешна дата статистиката за смъртните случаи на хората от списъка на чакащите за трансплантация на органи е доста разочароваща. Между другото, най-смелите изследователи твърдят, че 3D органите ще бъдат дори по-добри от истинските.

3d-print-11

Дори сега печатането на храни и лекарства не е рядкост.

Затова не е трудно да си представим, че в бъдеще всеки ще може да използва домашен 3D принтер, за да спазва индивидуални диети и да изчислява точната доза на предписаните лекарства.

И особено смелите мечтатели не се ограничават само до живота на Земята. Така например полски дизайнер е отпечатал 3D версии на носове, които са най-подходящи за условията на марсианската атмосфера. Според Марта Флисиковска, след като вече се правят 3D уши за трансплантация, защо да не се отгледат носове за завоевателите на Червената планета?

3d принтирани носове

Дизайнерката не просто е моделирала необичайни носове, а се е фокусирала върху климатичните особености на Марс. Например двата чифта ноздри помагат за по-ефективното затопляне на въздуха, плоската форма предпазва от слънчево изгаряне, а вълнообразната форма подобрява резонанса.

А какво да кажем за носовете, когато инженерът от НАСА Адам Стелзнер обяви, че други планети ще бъдат колонизирани от хора, отпечатани на 3D принтери! Според него това е много по-реалистично от пътуването в космоса, защото не изисква да се пътува със скорост, по-голяма от тази на светлината, нито да се изразходва безкрайно количество енергия.

Може да разгледате и други интересни статии.