3д в мед. 1. Протезирование

• Название: 1. Протезирование
• Дата: 17.07.2019
• Размер: 27.16 Kb.
• Имя файла: 3д в мед.docx
• Тип: Документы; #84210

Медицина стала одной из первых отраслей, которая оценила потенциал 3D-принтеров. Двигаясь от простого к сложному, ученые ведущих медицинских исследовательских центров разрабатывали технологии и подбирали материалы для печати зубов, макетов частей тела, создавали протезы и имплантаты и даже открыли метод печати биологическим материалом.

Сегодня возможность объемной печати физических объектов стали использовать в таких медицинских сферах, как:

1. Протезирование

Сюда входят все отпечатанные металлические или пластиковые протезы, которые контактируют только с тканями и не включены в цикл кровообращения. Полностью функциональные конечности позволяют людям, потерявшим их, жить полноценной и насыщенной жизнью. Зачастую такие протезы разрабатываются вместе с пациентом, с учетом всех его пожеланий к внешнему виду устройства. Модели не только учитывают индивидуальные анатомические особенности человека, но и могут подстраиваться под изменения уровня жидкости в организме благодаря эластичным внутренним вкладкам. Еще одним преимуществом таких протезов, помимо функциональности, является их стоимость, которая многократно ниже, чем цена механической конечности. К примеру, рука, напечатанная на 3D-принтере, стоит 200 долларов, а цена механической руки начинается от 50 тыс. долларов.

 3Д-принтер на основе объёмного сканирования и 3Д-моделирования позволяет создавать анатомически точные индивидуальные протезы, причем как наружного применения, так и те, которые должны имплантироваться. Например, протез коленного сустава или даже кости. Для этого используются высококачественные биосовместимые материалы, как полимерного происхождения, так и традиционные металлы (титан). Фото напечатанных протезов можно найти в сети и в большом количестве

 

2. Стоматология

Как уже упоминалось выше, эта область стала использовать 3D-печать одной из первых. Если раньше, до открытия возможностей аддитивных технологий, стоматологические коронки изготавливались несколько недель зубными техниками, то теперь врач может прямо на месте распечатать коронку по 3D-снимку зуба пациента. Полученный результат будет отличаться абсолютной точностью, в отличие от коронок, сделанных вручную.

Отпечатанные зубные коронки более качественные и дешевые, чем те, что выполнены вручную.

3. Имплантация

Речь идет о внутренних органах, задействованных в кровотоке, и костных тканях, вживленных под кожу. Это и элементы черепной коробки, и суставы, и позвонки, и многое другое. В 2011 году полуторагодовалому малышу из штата Юта была успешно имплантирована отпечатанная трахея, а годом позже пациенту с поврежденным лицом вживили обе челюсти. А в 2016 в Южной Корее произвели пересадку распечатанной из титана черепной коробки. Этот легкий и прочный материал считается наилучшим для создания имплантатов, так как крайне редко отторгается организмом. Также известно о множественных успешных операциях по установке сердечных клапанов, слуховых косточек и участков кровеносных сосудов.

Титановые протезы не только легкие, но и пористые. Благодаря этому они намного быстрее обрастают живыми тканями и хорошо приживаются в организме. На снимке успешно вживленная человеку черепная кость из титана.

4. Биопринтинг

Технология находится в стадии освоения, но уже сейчас можно с уверенностью сказать, что она развивается успешно и имплантация первого внутреннего органа, напечатанного биологическим материалом, не за горами. Это поможет решить проблему ожидания и отторжения донорских органов. Предполагается, что выращенный таким образом орган будет не только идеально совместим с телом пациента, но и продолжит расти вместе с ним, что исключит необходимость повторных трансплантаций. Уже сегодня ученые научились печатать, например, печеночные ткани, что очень помогает в исследованиях воздействия на печень гепатопротекторов.

Концепт биопринтера, печатающего одновременно живыми клетками и специальным гелем, который защищает и поддерживает их в процессе печати

 

Помимо перечисленных областей, возможности 3D-принтеров используют для создания ортопедических стелек, макетов органов с целью изучения или подготовки к операции, а в августе 2017 года бельгийские ученые изготовили роботизированную руку-сурдопереводчик, которая может переводить текст на язык жестов.

2018: Представлен первый в мире напечатанный на 3D-принтере бионический глаз

В конце августа 2018 года команда из Университета Миннесоты анонсировала проект, как утверждается, первого в мире напечатанного на 3D-принтере бионического глаза. Он дает большую надежду пациентам, потерявшим зрение.

Исследователи впервые нанесли массив рецепторов, реагирующих на свет, на твердую полусферическую поверхность с помощью 3D-принтера. Новейшие разработки позволили внедрить устройства для светоощущения с относительно высокой чувствительностью и широким полем зрения, а 3D-принтер с чернилами на основе серебра, использованный командой, позволил нанести их на кривую поверхность так, чтобы они высыхали равномерно, а не стекали по поверхности. Полупроводниковые полимерные материалы позволили исследователям печатать светодиоды, которые преобразуют свет в электричество. Весь процесс печати занимает около часа.

В конце августа 2018 года команда из Университета Миннесоты анонсировала проект, как утверждается, первого в мире напечатанного на 3D-принтере бионического глаза

Трехмерная печать ранее использовалась при комплексной разработке светодиодов с использованием различных функциональных чернил. Исследователи доказали, что фоточувствительные элементы на основе полимеров демонстрируют высокую производительность с КПД 25,3%. Преимущество напечатанных полимерных элементов перед обычными полупроводниками в том, что их можно наносить непосредственно на изогнутую поверхность.

Та же исследовательская группа уже разработала бионическое «ухо», объединив на производственной платформе трехмерную печать, электронику и бионику. Кроме того, они занимались 3D-печатью искусственных органов для хирургических операций, разработкой электронных тканей, которые могли бы служить в качестве бионической кожи, а также протезами, которые могли бы помочь людям с травмами спинного мозга восстановить некоторые утраченные функции.^[2]

Создан 3D-принтер, печатающий из сахара ткани для выращивания органов

В мае 2018 года стало известно о создании 3D-принтера, печатающего из сахара ткани для выращивания органов и изучения опухолей. Это разработка Университета штата Иллинойс (University of Illinois).

На рынке уже можно встретить 3D-принтеры, способные печатать объекты из сахара. В отличие от этих устройств новое оборудование использует изомальт — заменитель сахара, получаемый из свеклы и обычно встречающийся в леденцах от боли в горле и кашля.

На 3D-принтере впервые напечатали роговицу

В мае 2018 года стало известно о первом создании роговой оболочки глаза при помощи 3D-принтера. Этим достижением смогли похвастать в Университете Ньюкасла (Newcastle University). По словам исследователей, теперь они могут использовать объемную печать для формирования роговиц из стромальных клеток для каждого человека.

Как сообщает издание Financial Times, сотрудники Университета Ньюкасла создали специальные биочернила, состоящие из клеток стромы роговицы живого донора, альгинаты (полисахарида) и коллагена — белка, составляющего основу соединительной ткани организма. Загрузив это вещество в обычный 3D-принтер, удалось напечатать здоровую роговицу всего за 10 минут. Причем после печати жизнеспособными оставались более 90% клеток, а на седьмой день — 83%.

Эта наиболее выпуклая прозрачная часть глазного яблока может пострадать от инфекций, ожогов, механических травм и других причин. К маю 2018 года около 10 млн человек по всему миру нуждаются в пересадке роговицы, чтобы избежать потери зрения, а еще 5 млн человек уже ослепли, но имеют шанс восстановиться после такой трансплантации. К сожалению, донорского материала всегда не хватает, но разработка ученых Университета Ньюкасла может решить эту проблему. Правда, технология еще должна пройти клинические испытания, а до массового использования может пройти около 5 лет, считают исследователи.^[2]

Печать искусственного сердца

В июле 2017 года Швейцарский федеральный технологический институт Цюриха (ETH Zurich) представил искусственное сердце, созданное при помощи трехмерной печати. На момент анонса выполненное из силикона изделие было далеко от стадии коммерческой готовности.

Искусственное сердце весом 390 граммов и объемом 679 кубических сантиметров напечатано на 3D-принтере методом литья по выплавляемым моделям. Левый и правый желудочки разделены не перегородкой, а специальной камерой, наполненной сжатым воздухом. Надуваясь и сдуваясь, эта камера имитирует сокращение мышц человеческого сердца и качает кровь.

К моменту демонстрации искусственного сердца оно поддерживает лишь 3000 ударов, то есть может работать от 30 до 45 минут. Для проверки работы сердца ученые использовали передовую тестовую среду, имитирующую сердечно-сосудистую систему человека, и жидкость, имеющую сравнимую с кровью вязкость. Функционирование приспособления запечатлели на видео.

К 2017 году от сердечной недостаточности страдает около 26 млн человек. Большинство из них безнадежно ждут доноров, которые бы обеспечили им новое сердце. Таким пациентам устанавливают специальные кровяные насосы, которые облегчают работу сердца, однако они могут вызывать серьезные осложнения и не предоставляют пациентам пульс.