3D drukāti kaulu implanti: metāliski kauli, kas integrējas ķermenī

• Autors:
• Autors nosaukums

  Quantumrun Foresight
• Jūnijs 28, 2023

Ieskata svarīgākie punkti

3D drukāšana jeb piedevu ražošana gūst ievērojamus panākumus medicīnas jomā, jo īpaši ar kaulu implantiem. Pirmie panākumi ietver 3D drukātu titāna žokļa kaula implantu un 3D drukātus implantus osteonekrozes pacientiem, kas efektīvi piedāvā alternatīvu amputācijai. Medicīnas profesionāļi ir optimistiski noskaņoti par 3D drukāto kaulu nākotni, kas varētu izlabot ģenētiskās malformācijas, glābt ekstremitātes no traumām vai slimībām un atbalstīt jaunu, dabisku kaulaudu augšanu ar 3D drukāto "hiperelastīgo" kaulu palīdzību.

3D drukāto kaulu implantu konteksts

Trīsdimensiju drukāšanā tiek izmantota programmatūra, lai izveidotu objektus, izmantojot slāņošanas metodi. Šāda veida drukāšanas programmatūra dažkārt tiek saukta par piedevu ražošanu un ietver dažādus materiālus, piemēram, plastmasu, kompozītmateriālus vai biomedicīnu. 

Kaulu un kaulu sastatņu 3D drukāšanai tiek izmantoti daži komponenti, piemēram:

• Metāla materiāli (piemēram, titāna sakausējums un magnija sakausējums), 
• Neorganiskie nemetāla materiāli (piemēram, bioloģiskais stikls), 
• Bioloģiskā keramika un bioloģiskais cements, un 
• Augstmolekulārie materiāli (piemēram, polikaprolaktons un polipienskābe).

Viens no agrākajiem panākumiem 3D drukāto kaulu implantu jomā bija 2012. gadā, kad Nīderlandes medicīnas dizaina uzņēmums Xilloc Medical izdrukāja titāna implantu, lai aizstātu mutes vēža pacienta žokļus. Komanda izmantoja sarežģītus algoritmus, lai mainītu digitālo žokļa kaulu, lai asinsvadi, nervi un muskuļi varētu pievienoties titāna implantam, kad tas ir izdrukāts.

Traucējoša ietekme

Osteonekroze jeb kaulu nāve potītes kaula kaulā var izraisīt sāpes mūža garumā un ierobežotas kustības. Dažos gadījumos pacientiem var būt nepieciešama amputācija. Tomēr dažiem pacientiem ar osteonekrozi kā alternatīvu amputācijai var izmantot 3D drukātu implantu. 2020. gadā Teksasas UT Southwestern Medical Center izmantoja 3D printeri, lai potītes kaulus aizstātu ar metāla versiju. Lai izveidotu 3D izdrukāto kaulu, ārstiem bija nepieciešama labās pēdas CT skenēšana. Izmantojot šos attēlus, viņi sadarbojās ar trešo pusi, lai izgatavotu trīs dažādu izmēru plastmasas implantus izmēģinājuma lietošanai. Pirms galīgā implanta drukāšanas pirms operācijas ārsti izvēlas piemērotāko. Izmantotais metāls bija titāns; un pēc tam, kad beigtais balsts tika noņemts, jaunais tika ievietots vietā. 3D kopija ļauj pārvietoties potītes un subtalārajās locītavās, ļaujot pārvietot pēdu uz augšu un uz leju, kā arī no vienas puses uz otru.

Ārsti ir optimistiski noskaņoti par 3D drukāto kaulu nākotni. Šī tehnoloģija paver iespējas labot ģenētiskas anomālijas vai saglabāt traumas vai slimības bojātas ekstremitātes. Līdzīgas procedūras tiek izmēģinātas arī citām ķermeņa daļām, tostarp pacientiem, kuri vēža dēļ zaudē ekstremitātes un orgānus. Papildus iespējai 3D drukāt cietus kaulus, pētnieki 3. gadā izstrādāja arī 2022D drukātu “hiperelastīgo” kaulu. Šis sintētiskais kaula implants atgādina sastatnes vai režģi, un ir paredzēts, lai atbalstītu jaunu, dabisku kaulaudu augšanu un atjaunošanos.

3D drukāto kaulu implantu sekas

Plašāka 3D drukāto kaulu implantu ietekme var ietvert: 

• Apdrošināšanas kompānijas, kas veido seguma polises attiecībā uz 3D implantiem. Šī tendence var izraisīt atšķirīgu atlīdzību, pamatojoties uz dažādiem izmantotajiem 3D drukātajiem materiāliem. 
• Implanti kļūst rentablāki, jo medicīniskā 3D drukas tehnoloģija attīstās un kļūst arvien komercializētāka. Šie izmaksu samazinājumi uzlabos veselības aprūpi nabadzīgajiem iedzīvotājiem un jaunattīstības valstīs, kur izmaksu ziņā efektīvas procedūras ir visvairāk vajadzīgas.
• Medicīnas studenti izmanto 3D printerus, lai izveidotu kaulu prototipus testēšanai un ķirurģijas praksei.
• Vairāk medicīnas ierīču uzņēmumu iegulda biomedicīnas 3D printeros, lai apmierinātu pieaugošo pieprasījumu veselības aprūpes nozarē.
• Vairāk zinātnieku sadarbojas ar tehnoloģiju firmām, lai izstrādātu 3D printerus īpaši orgānu un kaulu nomaiņai.
• Pacienti ar kaulu nāvi vai defektiem, kas saņem 3D izdrukas, kas var atjaunot kustību.

Jautājumi komentēšanai

• Kā vēl, jūsuprāt, 3D drukas tehnoloģija var atbalstīt medicīnas jomu?
• Kādas varētu būt iespējamās problēmas saistībā ar 3D drukātiem implantiem?