Не все части нашего тела имеют одинаковый «срок годности», и все чаще современная медицина преподносит нам образцы искусственных «деталей» взамен поношенных.

Но как совместить изготовленный на конвейере имплантат с всегда неповторимым пациентом?
Как избежать болезненной процедуры подведения человека под искусственные стандарты?
Как превратить долгую операцию в простую и быструю замену «деталей»?

На помощь медицине приходит технология 3-D печати.

Меняю сустав по фотографии

Крупнейшие современные 3-D принтеры позволяют распечатать деталь высотой в человеческий рост. Неудивительно, что технологиям быстрого прототипирования находится применение и в медицине, а именно, – для воссоздания тех частей человеческого тела, которые были повреждены или пришли в негодность.

Материалы, используемые в трехмерной печати, не подходят для замены «сносившейся детали» в нашем организме – но эта технология дает возможность создавать медицинские инструменты, которые изготовляются под заказ для каждого пациента, в соответствии с его недугом и анатомическими особенностями.

Такие методы активно воплощаются в жизнь компанией Materialise , успешно сотрудничающей с медицинскими учреждениями разных стран мира. Программное обеспечение, изначально создававшееся программистами компании для моделирования объектов для 3-D печати, сейчас приспособлено к подготовке и планированию операций по замене суставов, челюстей, а в более тяжелых случаях – целых участков лицевого черепа. На входе специалисты Materialise получают снимки отсканированного участка тела, а на выходе в распоряжение хирурга поступают направители для сверл и лезвий, идеально соответствующие анатомическому строению пациента.

Утром – снимки, вечером - план

Одним из первых программных продуктов компании, нашедших применение в медицине, является Mimics – программа, позволяющая превратить набор томографических снимков в трехмерную модель в STL-формате (этот формат 3-D принтер способен преобразовать в реальный объект). На этом этапе осуществляется сегментация, т.е. создание на каждом снимке маски, совпадающей своими контурами с интересующим хирурга участком тела. Затем набор масок пересчитывается программой в объемный «портрет» кости.

Ряд операций, таких, как установка имплантата челюсти или коленного сустава, уже не первый год подготавливают инженеры Materialise. Сотрудники компании имеют огромный опыт в этой сфере. Как правило, планирование хирургического вмешательства осуществляется инженерами в специально разработанных программах SurgiCase (в ортопедии) и SimPlant (в стоматологии).

Например, при работе с коленным суставом сотрудник обозначает на трехмерных STL-моделях костей точки и линии, соответствующие осям и направлениям вращения, сгиба и взаимного давления в суставе, подбирает имплантанты необходимого размера, следит за соблюдением всех условий, указанных хирургом. Согласно заданным точкам программа автоматически рассчитывает все параметры, влияющие на размещение имплантатов в колене, и, как результат, находит оптимальное расположение направителей для инструментов хирурга.

Готовый план поступает врачу, для удобства которого создана доступная программа Signature, позволяющая легко просматривать и корректировать параметры будущей операции.

Подписано в печать!

Наконец, вся совокупность данных импортируется в 3-matic – редактор для работы с файлами STL-формата. Программа имеет обширнейшие возможности, в числе которых –приложения, позволяющие, используя точную модель костной поверхности и параметры планирования, создавать направители, которые соответствуют операбельному участку с точностью до долей миллиметра.

Из 3-matic-а STL-модели экспортируются в готовом к печати формате, после чего поступают в распоряжение инженеров, отвечающих за его успешное изготовление. Спустя время хирург получает по почте готовые направители – инструменты, позволяющие быстро, точно и безопасно провести запланированную операцию. В дополнение к ним можно заказать и модели самих костей – для предварительного ознакомления.

Это настолько удобно и практично, что многие хирурги постоянно практикуют данный метод – за несколько лет существования проекта сотрудники Materialise подготовили тысячи операций на суставах, а департамент, отвечающий за стоматологическую сферу, был выделен в дочернюю компанию Materialise Dental (жители России, Украины и др. стран постсоветского пространства имеют возможность в прямом смысле соприкоснуться с продукцией компании Materialise – с нами сотрудничают многие отечественные стоматологические клиники).

Продолжение следует

Опыт в сфере ортопедии и стоматологии дает возможность распространять такой подход на другие части тела. На подходе – операции на бедренном суставе, в активной разработке находится технология по установке сердечных имплантатов.

Однако программное обеспечение, разработанное компанией, используется не только в подготовке стандартных имплантаций. Средства Mimics`а и 3-matic-а позволяют осуществлять уникальные операции, благодаря возможности воссоздать любой отсканированный участок организма и построить сложнейший 3-D объект, отвечающий этому участку анатомически. Но подробнее об этом – в другой раз.

Даниил Ткачев,
Инженер по качеству Ортопедического направления Materialise

Технология 3D-печати появилась благодаря открытию американского изобретателя Чарльза Халла в 1983 году и постепенно распространилась по всем сферам производства.

Применять технологию в мировом здравоохранении начали с 2000-х годов. С тех пор использование трехмерной печати в медицинских целях значительно эволюционировало. Что же произошло за эти 30 лет в индустрии, какие изменения заставили ученых поверить в разрешение сложнейших вопросов медицины?

5 прорывных шагов в развитии 3D-печати

С тех пор мы регулярно встречаем новости об успешных операциях по вживлению имлантатов или трансплантации костей и суставов, напечатанных на 3D-принтере. Сообщения о совместном успехе ученых, докторов и инженеров приходят из Китая, США, стран Европы.

Как развиваются технологии в России?

• Нижегородские врачи приволжского федерального медицинского исследовательского центра (ФГБУ «ПФМИЦ» Минздрава России) в 2016 году провели две успешные операции по вживлению протезов тазобедренных суставов, напечатанных на 3D-принтере.
• Специалисты лаборатории Томского государственного университета изобрели вариант костной ткани на основе фосфора и кальция. Ученые предположили, что созданная из костей животных ткань, а, следовательно, биосовместимая с человеческим организмом, способна со временем заменить титановые имплантаты.
• В клинике при Санкт-Петербургском государственном педиатрическом медицинском университете успешно проводят операции с применением смоделированных органов для подготовки к вмешательству при пороках сердца. Теперь для спасения ребёнка вместо нескольких сложных операций понадобится одна - длительная, но менее рискованная.

Продумываем доступ правильный, как выбрать тактику необходимую для данной операции, выбрать тип операции. Потому что при сложных врождённых пороках сердца с непростой гемодинамикой детали имеют колоссальное значение. И правильный подход к операции будет иметь либо положительный, либо отрицательный результат. Евгений Кулемин, кардиохирург

Что такое 3D-печать?

Трехмерная печать, или аддитивные технологии, - способ производства, в котором цельные трехмерные объекты создаются путем последовательного послойного нанесения материалов. Используются пластик, металл, керамика, порошок, жидкости и даже живые клетки.

Аддитивное производство - противоположность субтрактивному производству и традиционным методам, фрезеровке и резке, где облик изделия формируется за счет удаления лишнего, а не послойного соединения материалов.

Этапы создания 3D-объекта:

• Моделирование объекта в компьютерной программе
• Печать
• Пост-обработка

3 преимущества технологии:

Скорость печати, высокая точность и построение объекта в желаемой геометрической форме.

Создание сложных и анатомически точных медицинских структур и воплощение в трехмерные осязаемые объекты стало возможно благодаря переводу данных двухмерных радиографических изображений, таких как рентгеновские снимки, МРТ (магнитно-резонансная томография) или КТ-снимки (компьютерная томография) в цифровые файлы и дальнейшему преобразованию виртуальной модели в цельное трехмерное изделие.

Чем 3D-печать полезна медицине?

За 16 лет применения 3D-печати в медицине врачи во всем мире провели сотни успешных операций, а ученые продолжают исследовать возможности технологии. Западные исследователи назвали 2016 год переломным для аддитивного производства в медицине. Об открытиях, примерах и возможных вариантах использования технологии 3D-печати в здравоохранении мы продолжим рассказывать в разделе

Медицинские 3D модели Технологии 3D печати позволяют врачам оперативно получать недорогие 3Д модели, для планирования операций. Данные Компьютерной или Магнитно-резонансной томографии в формате DICOM 3.0 могут быть преобразованы в точную модель органа пациента.

Где используются данная технология Ортопедия и челюстно-лицевая хирургия Университет Медицинского центра Нью Мехико Сеульский национальный университет Пластическая хирургия Фукусимский Медицинский Университет Клиника Олинда Производители имплантов ЕВI Synthes

Основные области применения Предоперационное планирование: Предварительное разработка и изменение формы импланта Выбор/расположение винтов Выбор инструмента для операций Изготовление индивидуального импланта для пациента Коммуникации между докторами Наглядный пример повреждений для пациента Обучение студентов

Предоперационное планирование 3D Модели позволяют смоделировать имплант до начала операций с пациентом Значительно снижает операционное время Снижает усталость операционной команды Ускоряет выздоровление пациента Уменьшает процедуры «переделки» Сводит к минимуму размер разрезов Кости лучше прилегают к пластинам Дает возможность повторений процедуры много раз.

Челюстно-лицевая хирургия 3D Модели используемые при лицевых травмах можно рассматривать раздельно и переделывать для анатомически правильного соответствия предварител ьно сформированных пластинок. Кость точно прилегает к импланту, обеспечивая совершенное соответствие.

Ортопедическая хирургия - реконструкция вертлужной впадины Предварительно сформированные пластины фиксации вертлужной впадины могут сократить время операции на 2 часа. Свести к минимуму размер разрезов (в некоторых случаях в 3-и раза) Док. Джодж Браун, заведующий, Отделение спинальной хирургии, Университет Нью- Мексико, Центр здравоохранения Этот случай – одно из наиболее полезных применений в области ортопедии. Реконструкция вертлужной впадины - одна из наиболее проблемных операций для хирургов-ортопедов.

Пред операционное планирование 3 D Модели используются для анализа переломов и определения точного местонахождения и траектории винтов выравнивания и пластин фиксации. Картинка показывает модель восстановления сложного, двустороннего перелома таза. Выбор и расположение болтов

Изготовление индивидуального имплантанта 3 D модели позволяют производителя м имплантатов производить и мплантаты быстро и эффективно для немедлен ного применения. Фактически 2 ведущих производителя Синсез и EBI используют 3D модели для разработки индивидуальных имплантант

Инструмент общения с пациентом 3 D Модели позволяют улучшить возможности врачей в общении с пациентом, повышает доверие к хирургу и увеличивает вероятность успешного результата Эти модели позволяют легко передавать пациенту сложные медицинские объяснения. Они персонализируют диагноз и повышают уверенность пациента в подходе врача к его конкретному случаю.

Обучение студентов Комплексные 2D-изображения могут быть преобразованы в легкие для понимания 3D-модели, которыми легко манипулировать для более полного понимания анатомии 3 D Модели также очень полезны в обучении чтения компьютерной томографии и изображений магнитно- резонансной томографии, а также тому, как выполнять специфические процедуры. Кроме того, полноцветные 3D модели позволяют лучше понять из данных другие области анатомии.

Кардиологя Достижения в области технологии Компьютерной Томографии позволяют теперь 3D-охватывать данные мягких тканей Врачи могут более точно количественно оценить размеры, формы и функции сердца. Изучение всего бьющегося сердца делает исследования и хирургические процедуры более точными и быстрыми.

Привет, Хабр!

3D печать потихоньку проникает в нашу жизнь, как это когда-то было с мобильными телефонами и еще раньше - с компьютерами. Сейчас мы, правда, гораздо меньше удивляемся каким-то новинкам в области IT. Вы еще наверняка не забыли ту новость, в которой рассказывалось о напечатанном на 3D-принтере позвонке, имплантированном в живого человека. Все ближе то время, когда части тел и органы можно будет в буквальном смысле напечатать.

Новые возможности открывают и новые требования к специалистам.

«Внешнее» протезирование я специально не стал затрагивать, так как это отдельная и очень сложная тема.

Стоматология

В 2012 году состоялась первая операция по вживлению импланта нижней челюсти, напечатанного на 3D принтере. Материал - титан. Исполнитель - компания LayerWise.

Этим летом еще два «счастливчика» стали обладателями новых нижних челюстей. Один из них лишился челюсти из-за опухоли, а второй сломал ее. Видимо, очень сильно, так что собрать не смогли.

Это хирурги-стоматологи из больницы Кимберли.

Технология 3D печати в стоматологии используется аж с 1999 года. Пионер этой области - компания Align Technology, начавшая производство и продажу кап для зубов как альтернативы брекетам.

Позвоночник

Проблемы с межпозвоночными дисками - вещь достаточно распространенная. Недавно и я с ней столкнулся: у меня, как утверждает невролог, один из шейных позвонков скошен, то есть каким-то образом он «стесался» и стоит неправильно. Результат занятий спортом. Но Плющенко ведь как-то продолжает кататься с искусственным позвонком - и живой.

Венец разработок в этой области - недавняя операция пекинских ученых на позвоночнике 12-летнего мальчика со злокачественной опухолью спинного мозга. Материал, из которого сделали позвонок - пористый, потому менять позвонок, как считают ученые, не придется: он попросту обрастет костной тканью, то есть станет неотъемлемой частью тела.

Единственный минус, кроме кучи плюсов: чуть дольше пройдет реабилитация, нежели при использовании традиционных материалов.

Череп

С помощью объемной печати 75% черепа пациента были заменены . Неплохой показатель. Эта операция прошла 4 марта 2013 года в США, сделана она была после двухнедельной работы с отсканированной моделью черепа пациента. Результат повторяет мельчайшие подробности формы.

По утверждению Oxford Performance Materials, от 300 до 500 человек в США ежемесячно могут стать пациентами, которым требуются подобные операции. К ним относятся жертвы дорожно-транспортных происшествий, военнослужащие и онкологические пациенты с опухолью в черепе.

Другие кости

Почему 3D печать с точки зрения протезирования костей настолько эффективна?

1) Скорость. Использование традиционных технологий литья протезов - процесс долгий.
2) Легкость. Вес, кстати, можно регулировать, изменяя пористость титанового протеза.
3) Пористость. Именно это качество позволяет протезу быстрее «обрастать» живыми тканями.

В этом июне прошли несколько операций в том же Китае, в которых пациентам имплантировали ключицу, лопатку и правую подвздошную кость таза. Показания к операции - раковые опухоли.

Это напечатанный на принтере протез лопатки.

А здесь в руках врачей мы видим не протез, а 3D модель таза. Имея перед глазами такую модель, врачи смогли быстрее и эффективнее работать во время операции.

Суставы

В начале этого года в США появился первый человек, которому имплантировали коленный сустав, напечатанный на 3D принтере.

Чем это лучше обычных имплантов? Суть кроется в «мелочах»: обычно для протезирования коленного сустава подбирается протез, после чего кость обтачивается, чтобы подойти к нему. В случае же с печатью разработчики взяли результаты компьютерной томографии и сделали сустав, который максимально естественно подойдет этому пациенту.

Занималась этой работой компаний Conformis. По словам Майка Майерса, который теперь нормально ходит и даже играет в гольф, а не останавливается через каждый квартал, он инородного тела в организме не ощущает.

Еще одно важное отличие такого типа суставов от классических стальных и пластиковых: «классику» через 10-20 лет придется менять.

В Британии в этом году была проведена операция по замене тазобедренного сустава напечатанным. 71-летнюю бабушку подняли на ноги. Материал - снова титановый порошок.

Ушная раковина

И это не просто раковина, а настоящее бионическое ухо. Только к человеку его пока не пришили.

Это устройство, выполненное с участием живых клеток человека, содержит индуктивную радиоантенну. Это пока концепт, над которым еще будут работать. Создан он для опробации использования наноэлектроники в 3D печати.

Печень

Для исследований лекарств в 2013 году ученые смогли напечатать на 3D принтере ткани печени. В качестве материала использовали гепатоциты, звездчатые клетки и клетки эпителия, выстилающего кровеносные сосуды.

Процесс биопечати.

Основная на данный момент проблема использования 3D печати в протезировании органов - это кровоснабжение. Ведь каждая клетка в тканях находится рядом с капиллярами. Пока эту проблему ученые не решили.

Ортопедические изделия

Идея на поверхности: напечатать ортопедические стельки на 3D принтере после сканирования становится очень легко и быстро.

Помощь во время операций

Имея перед глазами объемную 3D модель, хирургам будет гораздо проще ориентироваться внутри живого человека во время операции.

Тем более, когда операция проходит на маленькой девочке, чья раковая опухоль признана неоперабельной. Опухоль двенадцатилетней девочки, чьи модели мы видим на этих изображениях, находилась слишком близко к позвоночнику, а также была окружена здоровыми тканями, органами, венами и артериями. Эта опаснейшая операция прошла успешно, потому что врачи использовали эту распечатанную 3D модель и тщательно спланировали операцию с ее помощью.

Также сейчас собирают библиотеку 3D макетов сердец со всего мира. Распечатанное сердце также помогает врачам планировать операцию, ведь одно дело - видеть результаты сканирования, а другое - держать их в руках в натуральную величину.

3D печать в области медицины еще не раскрыла весь свой потенциал. Многие уверены, что на подходе - печать органов в реальном времени. Возможно, до этого осталось лет 10-12. Так врачи не будут ждать, когда донор попадет в аварию, оставив после себя сердце: врачи просто возьмут необходимые анализы и напечатают нужный орган.

История объемной печати с 1980-х годов ведет нас к этой возможности. И тут же создаются новые рабочие места и возможности для ведения бизнеса: компании, цель которых - помощь хирургам в проведении операций, разработка и создание новых видов протезов и исследование материалов, а также тестирование лекарств и создание для этого тканей методом биопечати.

Новые возможности и тренды рождают новые требования к специалистам. Так появляется профессия «био-архитекторы» в области 3D печати.

Органы у каждого человека далеко не одинаковые, а травматизм при пересадке можно снизить за счет подгонки размеров и уникальных особенностей нового органа. Если мы можем напечатать новый орган, то мы же можем использовать в нем все лучшие особенности старого органа, но при этом исправить недочеты. Получается нам нужен специалист, который отлично знает медицину, анатомию, умеет работать с 3D моделями, понимает 3D печать и способен буквально доработать новый печатаемый орган.

" />

Сидни Кендалл (Sydney Kendall) потеряла свою правую руку по локоть в результате несчастного случая на лодке, когда ей было всего 6 лет. Теперь, когда Сидни исполнилось 13, она должна каждый день пользоваться протезами.

Но эти изделия не могут сравниться по практичности («не такие крутые», как говорит сама Сидни) с новым розовым пластиковым протезом, отпечатанным на 3D-принтере.

Эта рука была разработана по специальному заказу лично для Сидни этой весной, выполнена в желаемом цвете.

Разработчиком протеза стал студент Университета Вашингтона в Сент-Луисе, который сотрудничал с врачами больницы Shriners Hospital. Примечательно, что Сидни и ее родители даже могли наблюдать за процессом печати.

«Чтобы сделать каждый палец, нужно было всего по 7 минут. Мы все были поражены», - говорит Бет Кендалл, мама Сидни.

Когда девочка пришла в школу с новым протезом, ее одноклассники также были в восторге от дизайна. Ей говорили: «Всем понравилась твоя новая рука, ты выглядишь так круто. Ты станешь знаменитостью!».

Роботизированная рука с управляемыми пальцами помогает Сидни ловить бейсбольный мяч, управлять компьютерной мышкой, брать чашку с кофе.

Цена вопроса? Около 200$. Традиционный роботизированный протез в США может стоить 50000-70000$, а его придется заменять по мере того, как ребенок будет расти.

«Дети обычно не получают роботизированные протезы по причине их дороговизны», - заметила мама Сидни.

Роботизированные протезы, отпечатанные по индивидуальному заказу на 3D-принтере - это поистине новая эпоха в персонализированной медицине.

От протезирования зубов до сердечных клапанов - технология 3D-печати открывает невероятные возможности для создания индивидуальных медицинских устройств. Эксперты говорят, что сегодня десятки больниц в США экспериментируют с 3D-принтерами, а исследователи придумывают все более невероятные области применения этой технологии, вплоть до печати человеческих органов.

Для того чтобы помочь исследователям из разных уголков мира делиться своими экспериментами в области 3D-печати, Национальный институт здоровья США в июне 2014 года запустил сеть, позволяющую зарегистрированным пользователям загружать чертежи таких изделий.

«3D-печать - это потенциальная революция в правилах игры в медицинских исследованиях. Здесь, в Национальном институте здоровья, мы видим невероятную отдачу от инвестиций: копеечный пластик помогает ученым решать сложнейшие технологические задачи, экономя миллионы долларов и бесценное время», - говорит директор NIH доктор Фрэнсис Коллинз (Francis Collins).

Один из ведущих исследователей в этой области доктор Энтони Атала (Anthony Atala), директор Института регенеративной медицины Уэйк Форест (Wake Forest Institute of Regenerative Medicine), лучше всех понимает перспективы 3D-принтеров. Он уже создал миниатюрную печень, которая «живет» в чашке Петри, проверяет новые лекарства и служит прототипом для создания будущих органов.

Что такое 3D-печать?

Представьте себе струйный принтер, который вместо распыления чернил и печати букв выдает струю быстрозастывающего пластика или металлического геля, которые приобретают форму зуба, пальца или сустава. Такому устройству нужна команда от трехмерного МР- или КТ-сканера, который передает точные параметры части тела, которую нужно скопировать. 3D-принтер печатает объект постепенно, нанося материал слой за слоем.

Хотя 3D-принтеры существовали с 1980-х годов, медицинское использование этого уникального устройства стали серьезно обдумывать только в последние несколько лет. 3D-принтер может создавать гораздо более сложные геометрические фигуры, чем традиционная промышленность, которой потребовались бы многочисленные специальные заготовки и формы для каждого такого изделия. Поэтому теперь можно отпечатать точную копию кости или сустава, и стоить это будет гроши.

Процесс экономит время и деньги, перенося производство медицинских изделий, что называется, к койке пациента. Точных данных ни у кого нет, но профессор биомедицинского инжиниринга Скотт Холлистер (Scott Hollister) считает, что в США больницы в той или иной форме уже используют несколько десятков 3D-принтеров.

Зубы, конечности и слуховые приборы

3D-печать уже широко используется для производства различных частей тела (обычно из пластика и металла), которые контактируют с тканями, но не входят в кровоток. Сюда относят зубы, слуховые устройства, а также протезы конечностей.

«В прошлом стоматологическая коронка изготавливалась в зуботехнической лаборатории, что могло занять несколько дней, а пациенты должен быть совершить 2-3 визита к дантисту», - рассказывает доктор Чак Цанг (Chuck Zhang), преподаватель индустриального и системного инжиниринга в Технологическом институте Джорджии (Georgia Tech). Сегодня дантист может просто сделать 3D-снимок вашего зуба и напечатать коронку прямо на месте.

Эта технология дает пациентам после ампутации конечности, таким как Сидни, альтернативу привычным страшноватым на вид и непрактичным протезам. Студии 3D-печати часто разрабатывают протезы вместе с клиентами, что позволяет создать произведение искусства, которое будет не только облегчать жизнь, но и вызывать положительные эмоции у окружающих.

Доктор Цанг и его коллеги из Georgia Tech активно работают над созданием новых протезов для военных ветеранов. Его команда использует материалы для 3D-печати, чтобы создавать протезные карманы, которые адаптируются к изменениям уровня жидкости в организме. При необходимости эти карманы становятся мягче или тверже, чтобы не вызывать дискомфорт при ношении протеза.

Имплантируемые устройства

Пластик и металл для 3D-принтеров уже используются и внутри человеческого тела. Врачи детской больницы Mott Children’s Hospital Мичиганского университета с 2012 года спасли жизни двух детей, имплантировав им отпечатанные на принтере дыхательные пути.

У этих малышей была редкая врожденная аномалия - трахеобронхомаляция. Без лечения их слабые дыхательные пути спадались, и дети умерли бы. Единственное лечение - это трахеостомия и подключение к аппарату искусственной вентиляции легких в надежде, что через несколько лет их дыхательные пути в достаточной мере окрепнут.

От этого кошмара детей спасла новая технология. У 17-месячного Гарретта Петерсона (Garrett Peterson) не наблюдалось никаких признаков того, что дыхательные пути на ИВЛ окрепнут и позволят отключить ребенка. Врачи из Юты, где его лечили, сделали все, что возможно.

«Все в мире должно было быть прекрасно. Гарретт не мог плакать, потому что он синел. Мы должны были поддерживать его все время в счастливом расположении духа, но это было нереально - вечно держать его на аппарате», - говорит отец ребенка.

Петерсоны прочитали статью о том, как ребенку с похожей проблемой университетские врачи в 2012 году имплантировали отпечатанную на 3D-принтере трахею. Они решили не медлить, и обратились за помощью к ним.

Основываясь на КТ-снимках дыхательных путей Гарретта, хирург доктор Грин (Green) и профессор биомедицинского инжиниринга Холлистер разработали и отпечатали персонализированную дыхательную трубку, которая позволила бы ребенку дышать самостоятельно. Со временем его тело должно было «впитать» этот протез, и дыхательные пути оставались бы открытыми сами по себе.

Впоследствии в больнице Mott Children’s Hospital впервые провели эту фантастическую процедуру.

«Я думаю, это был прекрасный пример использования 3D-принтера в ситуации жизни или смерти», - сказал Холлистер.

Стоимость трахеостомии и последующего поддержания таких детей на искусственной вентиляции составляет порядка 1 миллиона долларов за пациента. Разработка, печать и операция по установке дыхательной трубки, по словам Холлистера, обойдется в 200000-300000$.

Хирурги имплантировали пациентам и другие 3D-устройства. Черепные заплатки для заполнения полостей после операций на мозге, например. Черепные пластины для замены больших фрагментов черепной кости, которые пациенты теряют в результате травм или рака. Клиника Мэйо (Mayo Clinic) и некоторые другие лечебные учреждения уже предлагают замену сустава на протез, напечатанный с помощью 3D-принтера. Такие персонализированные суставы минимизируют объем вмешательства и сокращают время пребывания в стационаре.

FDA на сегодняшний день владеет двумя лабораториями, которые изучают возможности 3D-принтеров для производства медицинских устройств.

Живые ткани

Кроме металла и пластика врачи и ученые по всей стране работают над заправкой 3D-принтеров живыми человеческими клетками. Это дало начало печатанию живой ткани, или биопринтингу (bioprinting). Главная цель таких работ - научиться печатать полноценные живые органы для трансплантации, используя для полной совместимости собственные клетки пациентов.

Некоторые эксперты уверены, что за несколько десятилетий это произведет революцию в трансплантологии. Пациенты не будут умирать тысячами, не дождавшись донорского органа. Уйдет в прошлом такое ужасное явление, как отторжение трансплантата.

Доктор Атала из Института Уэйк Форест говорит, что исследователи уже сегодня могут использовать созданную им миниатюрную печень для испытаний лекарств на гепатотоксичность. Ученые ожидают, что этот метод будет гораздо более точным и гуманным, чем нынешние испытания на животных и пациентах-добровольцах.

Биомедицинские инженеры используют несколько методов для печати органов. Принтер создает пластиковый каркас, который затем может быть покрыт человеческими клетками. Или принтер может впрыскивать живые клетки в коллагеновый гель, который удерживает структуры органа вместе. После печати клетки должны расти на своем каркасе в течение нескольких недель в лаборатории, прежде чем орган сможет нормально функционировать.

После установки органа на место каркас убирают, и остается только живая человеческая ткань, идеально совместимая с организмом реципиента. Если орган пересаживают ребенку, то он сможет расти вместе с ним, исключая необходимость в повторных пересадках.

Биоинженеры из Университета Корнелла (Cornell University) и Мичиганского университета (University of Michigan) наиболее интенсивно работают над этой концепцией. Многие лаборатории давно печатают органы для тестирования лекарств, а производство заплаток для поврежденных органов - это дело недалекого будущего.

По мнению профессора Холистера, уже в скором времени медицинские 3D-принтеры появятся абсолютно в каждом лечебном учреждении, изменив до неузнаваемости облик здравоохранения.

Константин Моканов