Медицинский сектор получает огромную выгоду от достижений в области аддитивного производства . Благодаря возможности создавать уникальные модели для каждого пациента персонализированная медицина наконец-то становится реальностью. Медицинские имплантаты представляют собой особенно чувствительную область, поскольку они подразумевают введение внешнего элемента в организм для замены неисправной функции или лечения заболевания. Для обеспечения оптимальной совместимости эти имплантаты должны быть индивидуально спроектированы, что объясняет, почему аддитивное производство стало незаменимым в этой области. Чтобы лучше понять текущее состояние разработки имплантатов, команда 3Dnatives составила подборку имплантатов, изготовленных с помощью 3D-печати. Этот рейтинг включает как уже одобренные имплантаты, так и другие, которые все еще находятся на стадии исследования, что иллюстрирует потенциал и продолжающийся прогресс этой технологии в медицинском секторе.
3D-печатные имплантаты для ушей
Молоточек, наковальня и стремя — это три кости, расположенные в нашем ухе, самые маленькие в нашем человеческом теле, поскольку они не растут после рождения. Поэтому их форма, размер и положение очень важны для правильного функционирования уха. Однако иногда эти кости ломаются и их необходимо заменить. Именно это произошло в Южной Африке, где пациенту после автомобильной аварии имплантировали титановые кости, напечатанные на 3D-принтере. После 3D-сканирования его среднего уха команда хирургов, проводившая операцию, смогла смоделировать индивидуальный имплантат, который затем был напечатан на машине лазерной сварки с порошковым слоем. В данном случае предпочтение было отдано титану из-за его биосовместимости и прочности.
Челюстной имплантат, напечатанный на 3D-принтере после удаления опухоли
Анелия Майбург — австралийка из Мельбурна, которая улучшила качество своей жизни благодаря технологиям аддитивного производства. Из-за злокачественной опухоли, расположенной в ее челюсти и зубах, врачи были вынуждены удалить ее, что привело к обезображиванию лица женщины, потеряв более 80% челюсти. Случай де Майбург побудил челюстно-лицевого хирурга Джорджа Димитроулиса изучить возможности аддитивного производства для создания индивидуальных моделей. Таким образом, он создал имплантат челюсти с титановым каркасом, способным включать костные трансплантаты. После более чем 5 часов операции и нескольких месяцев восстановления мы можем утверждать, что операция прошла полностью успешно, и достижения в этой технологии дали Анелии безопасность и уверенность в своей жизни.
Грудная клетка Ренишоу
Из-за рака груди 71-летний валлиец Питер Мэггс перенес 8-часовую операцию по удалению опухоли. В ходе хирургического процесса ему удалили три ребра и часть грудины, поэтому врачи искали способ заменить недостающие части. Для этого они обратились к аддитивному производству металлов , в частности к решениям Renishaw, чтобы создать высококачественную биосовместимую модель грудной клетки. Кардиоторакальный хирург Айра Голдсмит объяснил, что одним из главных преимуществ использования 3D-печатного протеза является то, что его можно полностью настроить и подогнать под пациента. И он это доказал, предложив Мэггсу быстрое и эффективное решение.
Силиконовые сердечные клапаны, напечатанные на 3D-принтере
Конечно, имплантаты включают не только кости, хотя их легче создавать и, следовательно, они более распространены на рынке. Недавно мы также видели примеры имплантатов для деталей, изначально изготовленных из органических тканей. Например, этот случай биоинспирированного протеза сердечного клапана, изготовленного с использованием силикона АМ. Созданные в сотрудничестве группы исследователей из ETH Zurich и южноафриканской компании Strait Access Technologies, эти искусственные сердечные клапаны, напечатанные на 3D-принтере, были созданы как способ замены клапанов у стареющего населения. Исследователи решили создать клапан из силикона, поскольку он совместим с человеческим телом. Кроме того, с помощью 3D-печати они смогут изготовить клапан, который будет более идеально подходить пациенту. Следует отметить, что, хотя первоначальные результаты были многообещающими, по их оценкам, пройдет еще 10 лет, прежде чем эти 3D-печатные сердечные клапаны действительно смогут появиться на рынке.
Углеродная искусственная сетчатка, напечатанная на 3D-принтере
Еще одно применение 3D-печати за пределами костей — сетчатка. В этом случае австралийский инженер разработал 3D-печатную искусственную сетчатку из углерода, чтобы помочь людям снова видеть. Доктор Мэтью Гриффит из Сиднейского университета совершил прорыв, когда понял, что по сути, как и компьютер, тело — это всего лишь полупроводник на основе углерода. Обладая этими знаниями, он определил, что может воспроизвести глаз, создав углеродное (и, следовательно, полностью биосовместимое) устройство, которое поглощает свет, а затем создает электронный заряд, точно так же, как глаз. Более того, благодаря дешевому производству с помощью 3D-печати, он вполне мог сам спроектировать эту искусственную сетчатку. Хотя устройство еще фактически не завершено и даже не поступит на клинические испытания до следующих трех-пяти лет, Гриффит надеется, что оно будет полезно для пациентов, потерявших зрение, и даже потенциально восстанавливать цветное зрение, что в настоящее время невозможно.
Восстановительные орально-челюстно-лицевые имплантаты
Компания AB Dental использует селективное лазерное спекание (SLS) для создания индивидуальных систем имплантатов и внедрила инновационные технологии и приложения в челюстно-лицевой области. Система компании позволяет врачам планировать процедуры по восстановлению зубов и лица с большей точностью по сравнению с традиционными методами. Компания предлагает пациентам несколько восстановительных 3D-печатных имплантатов, в том числе увеличение крыши пазухи, восстановление орбитальной кости и поднадкостничный имплантат для резорбированных челюстей.
Микропористые кости по индивидуальному заказу
Под девизом торговой марки «Мы печатаем кость» компания Particle3D была запущена в 2014 году двумя студентами-медиками и их профессором с целью разработки нового решения для замены разрушенной или удаленной хирургическим путем кости. Сегодня Particle3D продолжает разработку индивидуальных костных имплантатов на основе собственных КТ/МРТ-сканирований пациента, в результате чего создаются 3D-печатные имплантаты, которые обеспечивают уникальную внутреннюю архитектуру, подобную кости, с микро- и макропористостью — точно так же, как настоящая кость.
Частично напечатанный на 3D-принтере хрящевой имплантат для борьбы с остеоартритом
У людей и собак крошечный слой хряща сохраняет поверхности суставов и позволяет костям правильно скользить друг по другу. К сожалению, со временем этот хрящ разрушается, что приводит к остеоартриту и, следовательно, болям в суставах. Чтобы преодолеть это, исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали имплантат на текстильной основе, содержащий хрящ, полученный из стволовых клеток пациента. Частично напечатанный на 3D-принтере, этот тип имплантата был успешно испытан на группе собак с проблемами тазобедренного сустава. Эта группа была разделена на две части, и одной части был установлен имплантат, а другой — нет. Как вы можете себе представить, собаки, которым был установлен имплантат, восстановились до своего полного потенциала через 4 месяца после операции.
Самый большой в мире черепной имплантат, напечатанный на 3D-принтере
Стартап Arcomedlab добился успеха, создав крупнейший в мире черепной имплантат с помощью 3D-печати. С момента своего создания Arcomedlab обработал более 600 реальных клинических случаев, специализируясь в основном на черепной реконструкции с использованием индивидуальных имплантатов, а также на индивидуальных реконструкциях лица. Кроме того, они провели множество сложных хирургических процедур планирования. В настоящее время эта компания может полностью реконструировать черепа пациентов всех возрастов, а также любую структуру лицевых костей, используя технологии FDM и SLA 3D-печати в медицинских целях. Благодаря этим технологическим достижениям они раздвигают границы реконструктивной медицины, предлагая инновационные решения, адаптированные к конкретным потребностям каждого пациента.
Исследовательский проект ЭЛЕЙН
В рамках исследовательского проекта ELAINE (Электрически активные имплантаты) исследователи из Ростокского университета разрабатывают биоактивные структуры для замены костей. В настоящее время широко используются титановые имплантаты, но у них есть ограничения: их адаптация к анатомическим условиям организма несовершенна, и со временем они могут ослабнуть, вызывая долгосрочные проблемы. Чтобы преодолеть эти проблемы и улучшить лечение дефектов костей, ученые изучают возможности, предлагаемые аддитивным производством. Они работают над электрически активными имплантатами, которые имитируют поведение естественных костных структур, черпая вдохновение из физиологии костей. В качестве материала выбран титанат бария, способный выделять ионы при контакте с жидкостями организма. Технология, используемая для создания этих имплантатов, — это LCM, метод светоотверждения. Этот процесс включает использование полимеров, загруженных пьезокерамическими частицами, которые затем помещаются в принтер для создания тонкой структуры путем фотоотверждения, что придает материалу биосовместимость. 3D-печать имеет дополнительное преимущество, позволяя изготавливать индивидуальные имплантаты, адаптированные под каждого отдельного пациента. Хотя этот проект все еще находится на стадии исследований, предполагается, что эти имплантаты могут быть использованы в клинической практике в течение следующих десяти лет.
Биопринтерный трансплантат носа MyBone
Сотрудничество между университетской больницей Тулузы, институтом Клавдия Рего и бельгийской компанией CERHUM привело к успешной реконструкции носа онкологического пациента с помощью 3D-печати в 2022 году. Процедура включала создание индивидуального биокерамического имплантата, названного «MyBone», который имитирует человеческую кость и способствует остеоинтеграции и остеокондуктивности. После детального сканирования лица пациента имплантат был напечатан на 3D-принтере с использованием стереолитографии. Первоначально помещенный в предплечье пациента для содействия васкуляризации и клеточной колонизации, процессу, при котором клетки врастают в структуру имплантата, нос позже был пересажен на лицо пациентки, где он был соединен с ее кровеносными сосудами с помощью микрохирургии. Этот метод обеспечил высокий уровень биосовместимости и долговечности, одновременно снизив риск инфекции и необходимость будущих замен. Результатом процедуры стала успешная трансплантация полностью функционального и эстетически привлекательного носа, что продемонстрировало потенциал 3D-печати в серьезной реконструктивной хирургии.
BellaSeno: грудные имплантаты, напечатанные на 3D-принтере
BellaSeno производит грудные имплантаты из поликапролактона, шовного материала, обычно используемого в секторе здравоохранения, с помощью 3D-печати. Эти 3D-печатные имплантаты предназначены для людей с раком груди или другими заболеваниями груди и разработаны для использования в реконструктивной и пластической хирургии. BellaSeno разработала решение для 3D-печати, которое поддерживает клинически совместимые материалы. Эти имплантаты разработаны для полной резорбции в течение пяти лет, в течение которых они заменяются естественными жировыми клетками в организме. Первые десять испытаний пациентов показали многообещающие результаты с положительными оценками пациентов и хорошим профилем безопасности 3D-имплантов. Хирурги также дали положительные отзывы об использовании этих 3D-печатных имплантатов.
Имплантат для восстановления хряща коленного сустава
Миссия Nanochon заключается в содействии замене и восстановлению хряща у пациентов, страдающих от травм колена. Для достижения этой цели компания использует технологию 3D-печати, в частности, метод экструзии, для создания имплантата, предназначенного для замены поврежденного или утраченного хряща. Устройство, называемое Chondrograft™, изготовлено из инновационного биосовместимого композитного материала, который способствует регенерации тканей. Chondrograft™ производится аддитивным способом с помощью процесса производства расплавленной нити с использованием запатентованного композитного материала Nanochon. Что отличает этот имплантат, так это его уникальная структура: в дополнение к его видимой микроструктуре он имеет субмикронную пористость. После постобработки эта характеристика делает имплантат более гибким и податливым, сохраняя при этом его структурную целостность.
Имплантат костного мозга Matricelf
В 2022 году израильская компания регенеративной медицины Matricelf совершила прорыв, успешно протестировав 3D-печатные имплантаты спинного мозга на мышах с хроническим параличом. Имплантаты продемонстрировали впечатляющий показатель успеха в восстановлении способности ходить — 80%. Технология Matricelf начинается с биопсии ткани сальника пациента, которая подвергается запатентованному процессу децеллюляризации для создания прочного гидрогеля. Одновременно из зрелых клеток пациента получают индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК) и интегрируют их в гидрогель. Этот процесс приводит к разработке индивидуальных нейронных имплантатов, способных восстанавливать поврежденную ткань спинного мозга. Хотя имплантаты в настоящее время находятся на экспериментальной стадии испытаний на животных, исследователи с оптимизмом смотрят на их потенциал совершить революцию в лечении травм спинного мозга, вызванных несчастными случаями и спортивными травмами. Компания Matricelf подала патентные заявки в США и Европе, продолжая продвигать свои исследования в области применения на людях.
Имплантаты для замены лодыжки, напечатанные на 3D-принтере
Центр реконструкции конечностей Университета Маккуори значительно улучшил хирургию замены голеностопного сустава за счет использования имплантатов, напечатанных на 3D-принтере, что обеспечивает значительное облегчение и восстановление подвижности у пациентов, страдающих от тяжелого артрита голеностопного сустава или травматического ухудшения состояния суставов. Эти имплантаты, изготовленные из синтетических материалов, таких как гидроксиапатит, имитируют естественную структуру кости и облегчают остеоинтеграцию, обеспечивая длительную прочность и снижая риск осложнений после операции. В отличие от традиционных сращений и протезов голеностопного сустава, которые ограничивают подвижность и могут привести к дальнейшим проблемам с суставами, эти имплантаты, напечатанные на 3D-принтере, сохраняют подвижность сустава и облегчают боль. Процедура, которую с 2022 года проводят хирурги-ортопеды доктор Тим О’Кэрриган и доктор Мустафа Альтахир, значительно меньше зависит от установки винтов голеностопного сустава и удаления суставного хряща, что приводит к более быстрому восстановлению с улучшенной подвижностью.
Первая тюбетейка для ребенка, напечатанная на 3D-принтере
В конце 2023 года 10-летний Феликс попал в аварию, в результате которой ему в голову попал кусок металла, проникнув в череп. Этот инцидент привел к потере зрения, и, несмотря на экстренную операцию, большая часть его черепа осталась разрушенной. Затем врачи Зальцбургской региональной больницы повторно сфотографировали череп в 3D. Основная задача заключалась в том, чтобы воссоздать череп без его предыдущего состояния, основываясь исключительно на компьютерных изображениях. Всего за пять дней им удалось изготовить имплантат из PEEK для черепной коробки и имплантировать его во время операции. Впервые имплантат, напечатанный на 3D-принтере, был использован у ребенка. PEEK не должен создавать проблем для Феликса и должен оставаться в его теле в течение многих лет, требуя замены на более крупную модель только тогда, когда этого требует его рост.
Заказать 3d печать и 3d сканирование для авто и не только можно тут — https://fidller.com/kontakt/
по всем вопросам писать сюда — https://t.me/fidller
много новостей из мира 3d печати и аддитивных технологий тут https://3dprint.fidller.com/category/news/
наш магазин https://fidller.com/category/uslugi-3d-pechati-fdm-fff-sla-3d-skanirovanie/
наши работы можно увидеть тут вконтакте: https://vk.com/3d_krd_123
блог в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd
сайт о кино тут — https://news.fidller.com
Александр
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.