3D-принтер в медицине
В современном мире трудно представить какую-либо область научных знаний без технических инноваций. Ученые изобретают технологии, способные облегчить жизнь и работу, автоматизировать процессы и сделать производство более доступным.
Часто ученые «заимствуют» в свою сферу изобретения, изначально созданные с другой целью. 3D-печать — очень показательный пример.
Изначально ее применяли только в сфере производства деталей и техники. Сейчас 3D-печать активно интегрируют в медицину: создают инструментарий, протезы и даже пробуют «выращивать» живые ткани.
Что такое 3D-печать
3D-печать — это процесс создания трехмерных твердых объектов по прототипу цифровой модели.
3D-принтер создает объект путем последовательного наложения слоев материала друг на друга до тех пор, пока не получится готовое изделие. Каждый слой — отдельное поперечное сечение предмета.
Немного истории
Самый первый 3D-принтер был создан в 1981 году. Хидео Кодама изобрел машину, которая создавала детали путем послойного наложения смолы, застывающей под действием ультрафиолета.
Изобретателем 3D-печати считают Чака Халла. Именно он в 1986 году получил патент на стереолитографию (SLA) — технологию быстрого создания прототипов из жидких фотополимерных смол.
В 1988 году Карл Декард лицензировал технологию селективного лазерного спекания (SLS). SLS использует лазер для «запекания» специального порошка в твердые оформленные структуры, созданные по цифровому образцу.
В 2000-ые годы 3D-печать шагнула далеко вперед. Технологии стали более доступными, люди научились создавать собственные 3D-принтеры и писать коды для конструирования моделей.
Где применяется
Сейчас технологии 3D-печати находят очень широкое применение. От крупных научных разработок до школьного кружка по 3D-печати — развитие технологии движется с огромной скоростью.
И это неудивительно: при помощи 3D-принтера можно создавать самые разные объекты и детали, при этом минимально расходуя материал при производстве.
В каких сферах применяется 3D-печать?
- Авиакосмическая промышленность. Современные принтеры могут печатать детали из материалов, обладающих высокой прочностью, износостойкостью и термической устойчивостью. При этом они должны быть не только надежными, но и легкими — это заметно сокращает расход топлива, что крайне важно для сохранности окружающей среды.
- Производство автомобилей. Некоторые компании применяют 3D-печать при создании частей автомобилей, например рулевого колеса.
- Робототехника. 3D-печать уменьшает итоговый вес самого робота, что позволяет ему двигаться быстрее. Часто на 3D-принтере изготавливают крепление для захвата — часть робота, которая помогает ему переносить другие предметы.
- Образование. Секции 3D-печати сейчас активно набирают популярность. Преподаватели ведущих учебных заведений мира стремятся интегрировать новые технологии в свои курсы: используют модели, напечатанные на 3D-принтере, и обучают студентов созданию кодов.
3D-печать и медицина
Медицина современности существует не только благодаря знаниям врачей об анатомии и физиологии человека, о механизмах протекания патологических процессов и их проявлениях. Важную роль играют технологические разработки — их применяют и в диагностических, и в лечебных целях.
3D-печать в медицине — это не что-то про будущее, это технологии настоящего времени. Многие изделия, для создания которых используют 3D-принтер, зарегистрированы в Управлении по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США (FDA). Они безопасны и используются в практической медицине на регулярной основе.
Доступные для применения изделия, напечатанные на 3D-принтере:
- медицинский инструментарий, например хирургические инструменты;
- импланты — черепные пластины и искусственные суставы;
- внешние протезы, например протез руки.
В чем польза?
3D-принтер не новая современная «игрушка» для ученых. С его помощью специалисты пробуют решить глобальные медицинские проблемы: улучшают качество протезов — подстраивают их под анатомические особенности конкретного человека, — облегчают производство инструментария и делают медицинские инновации более доступными.
3D-печать имеет в медицине и более амбициозные цели. Ведется много разработок, направленных на создание при помощи 3D-принтера органов для пересадки. Согласитесь, звучит как фантастика. Однако эта идея может стать реальностью уже в ближайшем будущем.
Правда, что органы можно печатать?
«Печать» органов — сложный процесс. Ведется много экспериментов, учеными предпринимаются новые и новые попытки, которые делают эту идею все более реальной. Например, в рамках одного из исследований ученым удалось пересадить ухо, созданное при помощи 3D-печати.
Для создания «живых» тканей и органов применяют технологию биопечати. В качестве исходного материала вместо термопластика и смолы в этом случае используют суспензию живых клеток.
Какие органы и ткани пробуют напечатать на 3D-принтере?
- Кожа. Искусственная кожа, созданная при помощи 3D-печати, доказала свою эффективность при заживлении ран, а также используется различными фармакологическими компаниями для проведения исследований.
- Печень. В настоящий момент микромодели печени и 3D-печать тканей органа применяют для оценки эффективности препаратов.
- Хрящ. Исследователи из Швеции имплантировали мышам модель человеческого хряща. Эксперимент оказался успешным — внутри напечатанного хряща начали образовываться кровеносные сосуды.
- Легкие. При помощи 3D-принтера был напечатан каркас легких, способный осуществлять газообмен при тестировании на животных моделях.
- Сердце. Ученые разработали технологию печати мини-модели человеческого сердца. «Мини-сердце» соответствует настоящему по структуре ткани и анатомии органа.
3D-печать и сердечно-сосудистая хирургия
Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смертности во всем мире уже много лет. Поэтому силы мировых врачебных ассоциаций брошены на их профилактику и своевременное эффективное лечение.
Стентирование — операция, направленная на расширение просвета артерий, пораженных атеросклерозом — накоплением липидов и форменных элементов крови на стенке сосуда.
В ходе операции сосуд очищают от атеросклеротической бляшки, а в его просвет устанавливают стент — конструкцию, удерживающую стенки сосуда на расстоянии друг от друга.
На данный момент проводится много исследований, изучающих потенциал 3D-печати для создания стентов. Ни одна технология еще не одобрена FDA, но изготовленные модели обладают хорошим потенциалом для введения их в эксплуатацию.
Что в итоге
3D-печать — технология, которая активно применяется в современных медицинских разработках. Со временем она сможет помочь найти решение многих глобальных проблем здравоохранения.
Активно ведутся разработки моделей органов для трансплантации. Уже сейчас при помощи 3D-принтера печатают медицинский инструментарий и различные варианты искусственных протезов.
Как вы оцениваете статью?
Комментарии (0)