3D-друковані кісткові імплантати: металеві кістки, які інтегруються в тіло

• Автор:
• ім'я автора

  Quantumrun Foresight
• 28 Червня, 2023.

Основні моменти

3D-друк, або адитивне виробництво, досягає значних успіхів у галузі медицини, особливо з кістковими імплантатами. Перші успіхи включають 3D-друкований титановий імплантат щелепної кістки та 3D-друковані імплантати для пацієнтів з остеонекрозом, що є ефективною альтернативою ампутації. Медики з оптимізмом дивляться на майбутнє надрукованих на 3D-принтері кісток, які могли б виправляти генетичні вади розвитку, рятувати кінцівки від травм або хвороб і підтримувати ріст нової, природної кісткової тканини за допомогою надрукованих на 3D-принтері «гіпереластичних» кісток.

Контекст 3D-друкованих кісткових імплантатів

Тривимірний друк використовує програмне забезпечення для створення об’єктів за допомогою методу нашарування. Цей тип програмного забезпечення для друку іноді називають адитивним виробництвом і включає різні матеріали, як-от пластмаси, композити чи біомедичні матеріали. 

Існує кілька компонентів, які використовуються для 3D-друку кісток і кісткових каркасів, наприклад:

• Металеві матеріали (такі як титановий сплав і магнієвий сплав), 
• Неорганічні неметалеві матеріали (такі як біологічне скло), 
• Біологічна кераміка і біологічний цемент, і 
• Високомолекулярні матеріали (такі як полікапролактон і полімолочна кислота).

Один із перших успіхів у 3D-друкованих кісткових імплантатах був досягнутий у 2012 році, коли нідерландська компанія медичного дизайну Xilloc Medical надрукувала титановий імплантат, щоб замінити щелепи хворого на рак порожнини рота. Команда використовувала складні алгоритми, щоб змінити цифрову щелепну кістку, щоб кровоносні судини, нерви та м’язи могли прикріплюватися до титанового імплантату після друку.

Руйнівний вплив

Остеонекроз або відмирання кістки таранної кістки щиколотки може призвести до болю та обмеження рухів протягом усього життя. У деяких випадках пацієнтам може знадобитися ампутація. Однак для деяких пацієнтів з остеонекрозом 3D-друкований імплантат можна використовувати як альтернативу ампутації. У 2020 році Техаський південно-західний медичний центр використовував 3D-принтер для заміни кісток щиколотки на металеву версію. Щоб створити надруковану на 3D-принтері кістку, лікарям для довідки знадобилася комп’ютерна томографія таранної кістки здорової стопи. З цими зображеннями вони працювали з третьою стороною, щоб виготовити три пластикові імплантати різних розмірів для пробного використання. Лікарі вибирають найкращий імплантат перед тим, як надрукувати остаточний імплантат перед операцією. Використаним металом був титан; і як тільки мертву таранну кістку було видалено, нову поставили на місце. 3D репліка дозволяє здійснювати рухи в гомілковостопних і підтаранних суглобах, дозволяючи рухати стопою вгору-вниз і з боку в бік.

Лікарі оптимістично дивляться в майбутнє 3D-друкованих кісток. Ця технологія відкриває двері для виправлення генетичних вад розвитку або збереження кінцівок, які були пошкоджені травмою або хворобою. Подібні процедури випробовуються для інших частин тіла, включаючи пацієнтів, які втрачають кінцівки та органи через рак. Окрім можливості 3D-друку твердих кісток, у 3 році дослідники також розробили надруковану на 2022D-принтері «гіпереластичну» кістку. Цей синтетичний кістковий імплантат нагадує каркас або решітку та призначений для підтримки росту та регенерації нової, природної кісткової тканини.

Наслідки 3D-друкованих кісткових імплантатів

Більш широкі наслідки 3D-друкованих кісткових імплантатів можуть включати: 

• Страхові компанії, що розробляють поліси покриття щодо 3D-імплантатів. Ця тенденція може призвести до різної винагороди на основі використання різних 3D-друкованих матеріалів. 
• Імплантати стають економічно ефективнішими, оскільки медична технологія 3D-друку розвивається та стає все більш комерційною. Ці скорочення витрат покращать охорону здоров’я для бідних і в країнах, що розвиваються, де найбільше потрібні економічно ефективні процедури.
• Студенти-медики використовують 3D-принтери для створення прототипів кісток для тестування та хірургічної практики.
• Більше компаній із виробництва медичного обладнання інвестують у біомедичні 3D-принтери, щоб задовольнити зростаючий попит у галузі охорони здоров’я.
• Більше вчених співпрацює з технологічними компаніями для розробки 3D-принтерів спеціально для заміни органів і кісток.
• Пацієнти з мертвою кісткою або дефектами отримують 3D-друк, який може відновити рух.

Питання для коментарів

• Як ще, на вашу думку, технологія 3D-друку може підтримувати медицину?
• Які можуть бути потенційні труднощі, пов’язані з використанням 3D-друкованих імплантатів?