piątek, 17 Wrzesień, 2021

|
Druk 3D w medycynie - przyszłość czy teraźniejszość

Medyczny druk 3D jest już standardem w edukacji i przygotowaniu operacji. Ile czasu potrzebuje jeszcze nauka, żeby tworzyć sztuczne narządy i tkanki? Otóż technologia ta jest bliżej, niż się wydaje.

Techniki addytywne przeniosły medycynę na zupełnie nowy poziom. Chociaż druk 3D wynaleziony został już w latach 80., to wiele od tego czasu się wydarzyło. Wciąż trudno nam określić granice zastosowań dla tej technologii, szczególnie w leczeniu. Drukować można szczegółowe modele anatomiczne organów zdrowych i patologicznych dla celów naukowych, chirurdzy przygotowujący się przed operacją korzystają z wydruków wykonanych na podstawie skanów wewnętrznych pacjenta, a inżynierowie projektują urządzenia chirurgiczne i indywidualne instrumenty operacyjne, które dopuszczane są do kontaktu z tkanką żywą. Czy już niedługo doczekamy się także sztucznych narządów drukowanych na drukarkach 3D?

Rewolucja w produkcji protez

Druk 3D pozwolił na wykorzystanie metod leczenia niewyobrażalnych jeszcze parędziesiąt lat temu. Prędkość, z jaką innowacje są wprowadzane – od sposobu prowadzenia operacji po opracowywanie nowych terapii i produkcję urządzeń medycznych – wzrasta z każdym kolejnym rokiem. Aktualnie przemysł przechodzi transformację, która zwiększa zaangażowanie metod przyrostowych w procesach wytwarzania. Podobnie jest z branżą medyczną, a coraz więcej producentów zaczyna wykorzystywać druk 3D przy projektowaniu implantów i instrumentów medycznych. Przykładem może być zastosowanie indywidualnie wykonanych protez po operacji guza w okolicy szczęki. Przed spopularyzowaniem metod szybkiego prototypowania, proteza tego rodzaju musiała być wykonana ręcznie już po usunięciu uszkodzonej kości. Stara technologia nie pozwalała na idealne dopasowanie protezy do otaczających ją kości, co utrudniało proces gojenia i prowadziło często do późniejszych komplikacji.

Dzięki technologiom addytywnym i inżynierii odwrotnej na podstawie skanu wewnętrznego patologicznej tkanki można stworzyć model komputerowy, który posłuży jako wzór dla kształtu protezy tytanowej. Gąbczasta struktura wydruku upodabnia ją do naturalnej kości, pozwala na osadzanie się tkanki na jej powierzchni, a do tego jest idealnie dopasowana do zdrowych elementów kostnych, które pozostały w ciele człowieka. Zwiększająca się liczba materiałów biokompatybilnych (takich, które są przyjmowane przez organizm bez komplikacji), wzrost jakości wydruków, szybkości budowy i uproszczenia użytkowania maszyn powodują, że technologie addytywne stają się coraz atrakcyjniejsze dla producentów protez i całej branży medycznej. Drukowane są nie tylko endoprotezy – także indywidualnie projektowane ortezy i komponenty do protez zewnętrznych są coraz częściej przygotowywane w technice addytywnej. Mimo to pełny potencjał tej technologii jest jeszcze daleki do osiągnięcia.

Żywa tkanka komórkowa prosto z drukarki  

Żeby skutecznie otwierać nowe obszary zastosowań medycznych druku 3D, potrzebne są innowacyjne materiały. Muszą być one wyjątkowo trwałe, ale też biozgodne. Kiedy mowa o ciele człowieka, wszystkie wprowadzane do niego elementy muszą być najwyższej jakości – nie może być tu mowy o żadnych nieprzewidzianych reakcjach związanych z odrzuceniem ciała obcego. Nie dotyczy to tylko mechanicznych, tytanowych endoprotez, ale także żywych tkanek organicznych. Dzięki zaawansowanym badaniom dotyczącym druku komórkowego temat ten nie jest już całkowitym science-fiction. W roku 2019 naukowcom z Izraela udało się wydrukować ludzkie serce – z komórkami i naczyniami krwionośnymi. Choć nie miało ono szans na działanie jako organ zastępczy – było wielkości serca królika i nie miało zdolności do skurczu synchronicznego – to i tak stało się sensacją w świecie nauki. Już w 2016 roku badania nad wprowadzeniem do ciał myszy implantów naczyń krwionośnych okazały się sukcesem.

Rok później naukowcom z Chicago udało się coś niezwykłego – badane przez nich bezpłodne myszy już po tygodniu od wszczepienia wydrukowanych sztucznych jajników zaczęły uwalniać komórki jajowe. Wykonane z rodzaju żelatyny narządy pozwoliły trzem myszom zajść w ciążę i urodzić zdrowe potomstwo. Świeżo upieczone mamy były też zdolne do laktacji – oznacza to, że ich hormony dalej pracowały prawidłowo mimo wcześniejszego usunięcia naturalnych jajników. Struktura budulcowa sztucznych narządów to hydrożel biologiczny – składająca się w 99% z wody i 1% polimeru mieszanina o odpowiedniej dla żywego organizmu miękkości i trwałości. Naukowcy planują teraz podobne badania na świniach, a jeśli wszystko się powiedzie, przejdą do pracy z ludźmi. Stan obecnych badań pokazuje, że drukowane ludzkie organy zastępcze nie są już wyłącznie teorią, ale realnym kierunkiem rozwoju medycyny w najbliższej przyszłości. 

Zdjęcie główne artykułu: Designed by Freepik

Maciej Pilarski
Wielbiciel elektroniki praktycznie w każdej dziedzinie życia. Nie wyobraża sobie samochodu bez kontroli trakcji i nawigacji. Po pracy lubi wybrać się na spacer z aparatem. Jak ma dużo wolnego, to wsiada na motocykl i nagrywa filmy z podróży.

Napisz komentarz