3D-принтер: «запчасти» для человека — Мир Знаний

3D-принтер: «запчасти» для человека

Технология 3D в последнее десятилетие проникает в разные общественные сферы. И речь не идет лишь о кино. Появились так называемые 3D принтеры, на которых можно «напечатать» буквально все что угодно. Это не только игрушка для развлечения, но и серьезный помощник человечества. Ученые уже скоро планирует создавать человеческие органы на 3D-принтере!

ИСКЛЮЧАЕТ РУЧНОЙ ТРУД

Хотя о 3D-печати и стали много говорить только в последние несколько лет, на самом деле эта технология существует уже достаточно давно. В 1984 году компания Charles Hull разработала технологию трехмерной печати для воспроизведения объектов с использованием цифровых данных, а двумя годами позже дала название и запатентовала технику стереолитографии. Тогда же эта компания разработала и создала первый промышленный 3D-принтер.

3D-печать — это построение реального объекта по созданному на компьютере образцу 3D-модели. Затем цифровая трехмерная модель сохраняется в определенном формате, после чего 3D-принтер, на который выводится файл для печати, формирует реальное изделие. Применение трехмерной печати — это серьезная альтернатива традиционным методам прототипирования и мелкосерийному производству На данный момент оборудование данного класса может работать с фотополимерными смолами, различными видами пластиковой нити, керамическим порошком и металлоглиной.

Принцип работы 3D-принтера основан на постепенном (послойном) создании твердой модели, которая как бы «выращивается» из определенного материала. Преимущества 3D-печати перед привычными, ручными способами построения моделей — высокая скорость, простота и относительно небольшая стоимость. 3D-технологии же позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчеты на бумаге — ведь программа позволяет увидеть модель во всех ракурсах уже на экране, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, как это бывает при ручном изготовлении, а непосредственно при разработке и создать модель за несколько часов. При этом возможность ошибок, присущих ручной работе, практически исключается. Сегодня круг возможностей 3D-печати необычайно широк, и медицина является той областью, где данная технология может быть особенно полезной.

КОСТНЫЕ ПРОТЕЗЫ

Первые опыты в создании искусственных частей тела с помощью трехмерной печати проводились, как обычно, на животных. Из того, что известно из открытых источников, они прошли успешно. В 2012 году в СМИ появилась информация о белоголовом орлане, которому отпечатали на 3D-принтере недостающую часть клюва, что позволило птице вести практически нормальный образ жизни. А в 2013 году ученые помогли хромой утке с деформированной от рождения лапой. Операция прошла успешно, а утка стала «звездой» интернета.

Но такие эксперименты проводятся не только с животными. Уже сегодня 3D-печать успешно применяется и в обычной медицине. Трехмерное моделирование открывает просто революционные возможности. На 3D-принтере можно напечатать имплантаты любой формы и размера, создав точную копию нужной части тела. И оперировать становится значительно быстрее, эффективнее и дешевле, чем это позволяли традиционные методы.

Вопрос цены данной технологии весьма важен. Стоимость хирургических процедур по имплантации, как заявляют специалисты в данной области, можно снизить на 80%. Все потому, что то, что обычно проводится в несколько этапов, стало возможным выполнить за один раз. В США уже сейчас на 3D-принтере изготавливают коленные чашечки, мениски, тазобедренные суставы, кости рук, пальцев, черепа. Это открывает новые возможности в спортивной травматологии и пластической хирургии.

В 2012 году состоялась первая операция по вживлению имплантата нижней челюсти, напечатанного на 3D-принтере. Материалом послужил титан. А в 2013 году в США специалистам удалось «напечатать» 75% черепа человека. Эта операция была сделана после двухнедельной работы с отсканированной моделью черепной коробки пациента. Результат повторяет мельчайшие подробности ре формы. По заверению врачей, сотни людей в США могут быть потенциальными клиентами клиник, специализирующихся на 3D-имплантации. К ним относятся жертвы дорожно-транспортных происшествий, военнослужащие и онкологические пациенты с опухолью в черепе.

Производство имплантатов с помощью 3D-печати, заменяющих кости, имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными технологиями:

1) Скорость. Использование традиционных технологий литья протезов — процесс долгий.
2) Легкость. Хотя вес можно регулировать, изменяя пористость титанового протеза.
3) Пористость. Это качество позволяет протезу быстрее «обрастать» живыми тканями, становясь единым целым с организмом.

ПЕЧАТЬ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ ВОЗМОЖНА

Программа-максимум 3D-печати — создание внутренних органов. Но до этого момента еще придется подождать около десяти лет, пока технология не доведется до совершенства и не будут проведены первые опыты на животных. Вот как об этом говорит хирург Эмиль Баха: «Это произведет настоящую революцию. Ведь так много людей стоят в очереди на пересадку сердца. Оно — механический орган, проще говоря, насос. И это большой плюс в том плане, что его легче изготовить на принтере, чем органы, выделяющие гормоны, например, печень, почки, кишечник. Ну а самая вершина мастерства — создать 3D-проекцию головного мозга».

Пока что проводятся эксперименты в этой области. Так, в 2013 году для исследований лекарств ученые смогли напечатать на 3D-принтере ткани печени. В качестве материала использовали гепатоциты, звездчатые клетки и клетки эпителия, выстилающего кровеносные сосуды. На данный момент ученые
сталкиваются с рядом проблем при использовании 3D-печати в протезировании внутренних органов, как то: обеспечение их кровоснабжения или воспроизводство клеточного иммунитета. Пока этот вопрос ученые не решили, хотя технология развивается очень быстро.

Так, универсальную технику 3D-печати предложили британские специалисты. Ученые из Университета Гериот-Ватт (Эдинбург, Шотландия) разработали уникальную методику 3D-печати, которая может помочь людям, нуждающимся в пересадке органов. Врачи используют 3D-принтер, чтобы выращивать донорские органы из стволовых клеток. Напечатанные эмбриональные клетки сохраняют способность превращаться в любой другой тип клеток.

С помощью новой технологии стало возможным подбирать необходимый орган конкретному пациенту. Устройство, по аналогии с 3D-принтером, получило название 3D-биопринтер. Это биологическая вариация технологии reprap, устройства, способного создавать органы и ткани, послойно нанося клетки друг на друга.

МОДЕЛИ ПОМОГАЮТ ПРИ ОПЕРАЦИЯХ

Теоретически это выглядит так. В принтер загружаются клетки пациента, нуждающегося в трансплантации органов, и это дает гарантию, что новый орган не будет отторгнут иммунной системой. Сначала «печатается» лист так называемого «биобумажного геля», затем следует круг из клеток, потом снова лист, снова круг, и так слой за слоем, до тех пор, пока новый орган не будет сформирован. Впоследствии природные клетки начинают реорганизовывать себя, чтобы создать новые кровеносные сосуды. Для строительства каждого сосуда требуется не меньше часа, а через несколько дней орган можно считать готовым к использованию. Журнал Science считает это открытие научным прорывом года. По словам медиков, стволовыми клетками сложно манипулировать при условиях наращивания в двухмерной среде. Но технология 3D способна решить эту проблему.

Хотя создание полноценных внутренних органов еще вопрос будущего, уже сейчас доктора могут создать 3D-модель отдельного органа, который необходимо прооперировать. Имея ее перед глазами — по сути точную копию органа в натуральную величину — врачам проще, так сказать, ориентироваться на местности. Это становится особенно актуально при сложных операциях, например при удалении раковой опухоли.

Еще одним применением 3D-печати в медицине является изготовление таблеток. Трехмерная печать позволит создавать лекарственные препараты, в точности соблюдая необходимую дозировку. На данный момент это представляет собой значительную проблему. Ведь у разных людей разный вес и рассчитать точную дозу лекарственного препарата для каждого конкретного человека довольно трудно.

Таким образом, в сфере медицины 3D-печать обладает особым потенциалом, В своих отдельных проявлениях это уже не фантастика, а объективная данность.

Вам понравится

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Поделиться записью в соц. сетях