10 напечатанных органов: почки, уши, зубы и так далее
Хотя технологии 3D-печати активно разрабатываются на протяжении трех десятилетий, настольные варианты стали доступными по цене для широкой общественности относительно недавно. По мере повышения качества печати к 3D-принтерам стали присматриваться профессионалы медицинской отрасли, заинтересованные в возможностях аддитивного производства лекарств, протезов и даже живых тканей. В первую очередь это позволяет разработать индивидуализированный подход к лечению или протезированию конкретного пациента. Итак, рассмотрим десять наиболее ярких примеров применения 3D-технологий в медицине.
Кости
Врачи традиционно полагались на двухмерные анатомические снимки и сканы костей, однако теперь существует возможность не только моделировать наглядные трехмерные изображений, но и осуществлять 3D-печать физических моделей для диагностики и планирования операций. Более того, современные технологии объемной печати нарастающими темпами помогает внедрять биосовместимые и биоразлагаемые костные имплантаты. В начале июня в Москве прошел всероссийский конгресс «Хирургия — XXI век: соединяя традиции и инновации». Среди прочего, на мероприятии обсуждался опыт использования 3D-технологий в челюстно-лицевой хирургии. Оказалось, Национальный медико-хирургический центр им. Н.И. Пирогова осуществляет реконструкцию костных структур, используя технологии компьютерного моделирования и популярные 3D-принтеры PICASO Designer Pro 250. Поврежденные участки моделируются на основе томографических снимков, на основе которых затем печатаются предоперационные прототипы. Помощь с 3D-моделированием оказывает МГТУ им. Баумана. Полученные прототипы используются для подготовки к операции, ознакомления пациентов с предстоящими процедурами и в качестве мастер-моделей для изготовления титановых имплантатов.
Слуховые имплантаты
Один из моментов, с которым рано или поздно приходится сталкиваться в ресторативной биопечати и протезировании, это морально-этические принципы. Одно дело восстановить функциональность, но ведь ее можно и улучшить: например, сделать протез кратно более мощным, чем обычная конечность. А стоит ли? Мнения на этот счет неизбежно разделяются, но ученые из Принстонского университета и Университета Джонса Хопкинса (США) решили рискнуть. Их исследования направлены на создание бионического уха со сверхчеловеческими способностями. 3D-печатный протез, использующий в качестве материалов искусственно выращенные хрящевые ткани и полимеры с наночастицами серебра, способен не только восстанавливать нормальный слух, но и улавливать радиоволны.
Протезы
3D-печатные протезы рук — захватывающее направление в робототехнике. Работы ведутся в двух основных направлениях: создание максимально дешевых, но функциональных механических протезов и высокотехнологичных бионических аналогов. Созданием искусственных конечностей занимаются такие компании и организации, как OpenBionics, e-Nabling the Future и российская «Моторика», а чертежи многих дизайнов выкладываются в открытый доступ. Кто бы мог подумать, что самодельный протез может стать подарком для любимой?
Онкология
Направление аддитивных технологий с использованием в качестве материалов живых клеток называется биопечатью. Прогнозируется, что объем мирового рынка биопечати достигнет $6 млрд к 2024 году. Такой интерес не случаен, ибо в долгосрочной перспективе может стать возможной печать готовых органов для трансплантации. Пока что до такого уровня сложности далеко, но ткани и даже железы печатаются уже сейчас. Но какой смысл в простых образцах тканей? Дело в том, что их можно использовать для тестирования экспериментальных препаратов и методик лечения, не подвергая риску людей. Так, исследователи из эдинбургского Университета Хериота-Уатта печатают не просто ткани, а раковые опухоли головного мозга для того, чтобы изучить развитие болезни и эффективность различных лекарств.
Почки
Команда под руководством доктора Джонатана Силберстина из Тулейнского университета (Луизиана, США) печатает модели почек для пациентов, ожидающих операций по удалению опухолей. Модели изготавливаются из фотополимерных смол на стереолитографических 3D-принтерах, а пораженные участки выделяются отдельным цветом. Модели используются для планирования операций и в качестве наглядного пособия для самих пациентов.
Лекарства
Первые сертифицированные FDA 3D-печатные таблетки Spritam, содержащие противоэпилептический аппарат леветирацетам, появились на свет в марте 2016 года. Отличие 3D-печатных таблеток от обычных заключается в возможности точно регулировать дозировку и скорость усвоения препарата. При изготовлении таблеток учитываются такие факторы, как вес, раса, пол и состояние печени пациента.
Стоматологические шаблоны
При вживлении имплантатов зубным врачам обычно приходится сверлить «на глаз». Теперь же для подготовки к процедуре можно использовать 3D-шаблоны с направляющими, изготавливаемые из гибких полимеров. Модель выполняется на основе трехмерных сканов и в точности повторят обводы зубов пациента. Доктор Майкл Шерер печатает такие шаблоны прямо у себя в офисе, используя их для практики перед тем, оперировать на настоящих пациентах. Как отмечает врач, методика позволяет добиваться более высокой точности и ускоренного выздоровления.
Швы
Если думая о медицинских швах вы представляете себе иголку с нитками, то вы отстали от жизни. Стартап SuTrue проводит испытания приспособления для автоматического нанесения швов. Прототип устройства, способного заметно упростить жизнь хирургов, был изготовлен с помощью аддитивных технологий.
Органы
Как мы уже сказали, до изготовления органов, пригодных для трансплантации, биопечать еще не доросла, но здесь стоит внести некоторые уточнения. Достаточно простые органы уже печатаются и трансплантируются, хотя опыты проводятся на животных. Тем не менее, начало было положено российской компанией 3D Bioprinting Solutions под научным руководством профессора Владимира Миронова. Команда использовала биопринтер FABION собственной разработки для изготовления щитовидной железы мыши, успешно пересаженной четвероногому подопытному пациенту. Наработки компании были продемонстрированы премьер-министру Медведеву, прокомментировавшему (цитата): «Круто, на самом деле. Респект».
Младенцы
Строго говоря, этот пример имеет очень поверхностное отношение к медицине, как к таковой: технологии 3D-печати позволяют будущим родителям взглянуть на детей еще до рождения. Причем не просто посмотреть с помощью УЗИ, а подержать в руках. Метод заключается в конвертации ультразвуковых снимков в трехмерные модели с последующей печатью плода. Хотя, помимо удовлетворения простого любопытства, технология может иметь и практическое применение в диагностировании нарушений развития во время беременности.
