Revolutionierung der Medizin:Der Einfluss des 3D-Drucks auf das Gesundheitswesen

Der 3D-Druck, technisch besser bekannt als additive Fertigung, ist nicht so neu, wie viele denken. Es stammt aus den 1980er Jahren, hat sich aber in den letzten Jahren zu einer beliebten Herstellungsmethode für viele Xometry-Kunden entwickelt, darunter in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobil, Architektur, Bildung, Schmuck und Kunst. In der Medizin und im Gesundheitswesen wird es eindrucksvoll zur Herstellung von Prothesen, medizinischen Geräten und sogar Ersatzorganen eingesetzt. Obwohl Xometry (noch?) keine Organe auf Abruf in 3D gedruckt hat, gibt es in diesem Bereich zahlreiche andere Anwendungen, an denen wir mit unseren Kunden aus dem Medizin- und Gesundheitswesen zusammengearbeitet haben.

In diesem Artikel gehen wir auf alles ein, was Sie über den 3D-Druck in der Medizin- und Gesundheitsbranche wissen müssen.

Was ist Medizin und Gesundheitswesen?

Lassen Sie uns zunächst kurz erläutern, was wir unter Medizin und Gesundheitswesen verstehen. Hierbei handelt es sich um Oberbegriffe, die sich auf alle Praktiken und Verfahren beziehen, die mit der Vorbeugung, Behandlung, Linderung und Heilung von Krankheiten, Leiden, Verletzungen und anderen medizinischen Beschwerden, sowohl körperlicher als auch geistiger Natur, verbunden sind.

Mit „Medizin“ werden Aspekte beschrieben, mit denen sich Ärzte und medizinisches Fachpersonal befassen müssen, z. B. die Verschreibung tatsächlicher Medikamente, die Behandlung von Patienten, die Durchführung von Operationen und psychiatrische Leistungen. „Gesundheitswesen“ ist ein weiter gefasster Begriff, der sowohl Medizin als auch unterstützende Dienste wie Apotheker, Therapeuten und sogar diejenigen umfasst, die medizinische Geräte entwerfen und herstellen.

Wie hilft die 3D-Drucktechnologie der Medizin und dem Gesundheitswesen?

Die traditionelle Herstellung im Gesundheitswesen erfordert viel Handarbeit, um medizinische Geräte von Grund auf herzustellen. Der Prozess nimmt die Rohmaterialien auf und entfernt Abschnitte durch Schleifen, Schnitzen und maschinelle Bearbeitung, bis das Endprodukt hergestellt ist. Der 3D-Druck hat den Prozess einfacher, viel weniger arbeitsintensiv und manchmal schneller und kostengünstiger gemacht. 

Beim 3D-Druck wird kein Materialblock geformt, um die Produkte herzustellen, sondern sie werden Schicht für Schicht aus Filamenten, Harzen oder geschmolzenen Pulvern aufgebaut. Die Produktdesigns werden in der Regel mithilfe von CAD-Software (Computer Aided Design) erstellt. Es ist jedoch auch möglich, Modelle aus 3D-Scans zu erstellen, die mit MRT-Geräten (Digital Resonance Imaging) erstellt wurden. Im Gesundheitswesen finden Sie sowohl große 3D-Druckhersteller wie Xometry als auch Point-of-Care-Druckeinrichtungen.

Eine kurze Geschichte des 3D-Drucks im Gesundheitswesen

Obwohl es noch nicht ganz 150 Jahre alt ist, gab es in den 1860er Jahren das erste Anzeichen dafür, dass Menschen beim 3D-Druck auf dem richtigen Weg waren, als François Willème, ein französischer Künstler, die Methode der „Fotoskulptur“ erfand. Dazu gehörte das Fotografieren (damals wären es Zeichnungen gewesen) eines Objekts aus vielen verschiedenen Blickwinkeln und das anschließende Verwenden dieser Bilder zur Erstellung einer 3D-Darstellung. 

Ganze hundert Jahre später, im Jahr 1985, erfand ein Amerikaner aus Colorado namens Chuck Hall das erste Festkörperbildgebungsverfahren, auch Stereolithographie genannt. Dies war der erste Schritt zur Entwicklung von 3D-Druckern. Die Gesundheitsbranche begann im Jahr 2000 mit dem 3D-Druck, und ein Jahr später wurden die ersten synthetischen Gerüste für menschliches Blasengewebe in 3D gedruckt. Im Jahr 2008 wurde die erste 3D-gedruckte Beinprothese hergestellt.

Seitdem gab es viele Fortschritte in Bezug auf den 3D-Druck in der Medizin und im Gesundheitswesen. Im Jahr 2009 wurde der 3D-Biodruck von Blutgefäßen durchgeführt (ein Prozess, der lebende Zellen und Biomaterialien integriert), und 2014 wurde 3D-gedrucktes menschliches Lebergewebe kommerziell eingeführt. Wissenschaftler begannen 2019 mit dem Biodruck von Herzen und Lungenbeuteln. Ein Jahr später brachte das britische Biotech-Unternehmen FABRX eine personalisierte Maschine zur Herstellung von Medikamenten namens M3DIMAKERTM auf den Markt. Der Sektor hat sich seitdem nur weiterentwickelt und der 3D-Druck ist in der Medizin und im Gesundheitswesen allgegenwärtig.

Was kann der 3D-Drucker für die Medizin und das Gesundheitswesen leisten?

Der 3D-Druck hat sich in der Medizin- und Gesundheitsbranche massiv durchgesetzt, was zum großen Teil darauf zurückzuführen ist, dass alles individuell und patientenspezifisch angepasst werden kann. Dazu gehören Wirbelsäulen- und orthopädische Implantate, Prothesen, Pfannen und Teile, Zahnkronen, Brücken und andere kieferorthopädische Geräte, Arzneimittelformulierungen und Verabreichungsgeräte (d. h. Inhalatoren, Pflaster und Implantate), Hörgeräte und detaillierte anatomische Modelle, die auf echten Patienten und ihren persönlichen Bedürfnissen basieren.

Aber das ist noch nicht alles! Es wird häufig für spezielle und patientenspezifische chirurgische Instrumente, Verfahrensführungen und sogar Gesichtsrekonstruktionen verwendet. Darüber hinaus können mithilfe des wertvollen Feedbacks der Chirurgen schnelle und präzise Designanpassungen vorgenommen werden. 3D-gedruckte Implantate werden über viele verschiedene 3D-Druckverfahren aus verschiedenen Materialien hergestellt – beide werden wir weiter unten behandeln. Schauen wir uns zunächst einige dieser Anwendungen genauer an. 

Implantate

Die Möglichkeit, individuelle Implantate für Patienten, darunter Zahn-, Wirbelsäulen- und Hüftimplantate, schnell und präzise zu entwerfen und herzustellen, hat die Welt der Medizin erheblich verbessert. Diese personalisierten Teile können die Operationszeit, Komplikationen, die manuelle Änderung von Implantaten in Standardgröße und die Anzahl der invasiven Knochentransplantationen, die Ärzte durchführen müssen, reduzieren. All diese Faktoren führen zu einer schnelleren Genesung des Patienten und größeren Erfolgschancen.

Prothetik

Die Möglichkeit, 3D-gedruckte Prothesen zu personalisieren, ist zweifellos eine der beeindruckendsten Einsatzmöglichkeiten dieser Methode im Gesundheitswesen und hat sich für Amputierte als völlig bahnbrechend erwiesen. Diese Teile, zu denen Arme und Beine gehören, passen perfekt zum Körper des Patienten und sorgen für mehr Komfort und Funktionalität. Herkömmliche Prothesen und ihre Komponenten sind notorisch teuer (zwischen 1.500 und 8.000 US-Dollar) und erfordern umfangreiche und ziemlich invasive regelmäßige manuelle Anpassungen. Ganz zu schweigen davon, dass die Bestellung und Herstellung lange dauert.

Eine 3D-gedruckte Prothese ist oft kostengünstiger. Die Bearbeitungszeit ist ebenfalls kurz (in manchen Fällen nur ein Tag) und erfordert viel weniger Anpassungen, da es vollständig maßgeschneidert ist. Diese Faktoren sind besonders nützlich für Kinder, die schnell aus ihren Prothesen herauswachsen. Der 3D-Druck trägt auch dazu bei, den nicht sehr angenehmen Prozess für Kinder und Erwachsene etwas erträglicher zu machen, da sie die verschiedenen Farben, Designs und Stile ihrer Prothesen auswählen können.

Anatomische Nachbildungen

Neben der Prothetik können auch anatomische Nachbildungen für den Einsatz in der Ausbildung, Schulung und präoperativen Planung erstellt werden. Diese Abdrücke ahmen reale Organe sehr genau nach, wenn nicht sogar exakt. Sie werden anhand der tatsächlichen Bilddaten des Patienten entworfen, damit die Ärzte ihre Operationen vor dem großen Ereignis proben können. Komplizierte Operationen können simuliert werden, sodass Ärzte und Auszubildende ihre Fähigkeiten und ihr Selbstvertrauen verbessern können, um Komplikationen zu vermeiden und die Erfolgsaussichten zu erhöhen. Bei Xometry bieten wir Vollfarbdruck über die PolyJet 3D-Drucktechnologie an, die es uns ermöglicht, lebensechte Nachbildungen mit realistischen Texturen und Farben zu erstellen. Mehr über diese Technologie erfahren Sie auf unserer PolyJet-Serviceseite.

Organ- und Gewebedruck

Bioprinting, keine von Xometry angebotene Dienstleistung, wurde zur Herstellung von Gerüsten verwendet, die menschlichem Gewebe ähneln. Dies war der erste Schritt bei der Herstellung von 3D-gedruckten Organen und Geweben. Obwohl 3D-gedruckte Organe wie Leber und Nieren noch nicht ganz im Mainstream angekommen sind, werden große Fortschritte erzielt. Forscher arbeiten ständig an neuen Technologien und Ansätzen, um diese so schnell wie möglich zur Verfügung zu stellen. Diese maschinell hergestellten Organe haben das Potenzial, Millionen von Leben zu retten, da kranke Menschen nicht auf lange Wartelisten gesetzt werden oder einfach auf das Beste hoffen müssen.

Andere Anwendungen

Für mehr Präzision und individuelle Anpassung können (und werden) medizinische Geräte und Werkzeuge, die speziell auf jeden Patienten zugeschnitten sind, im Gesundheitswesen in 3D gedruckt. Die Methode wird auch für kundenspezifische Medikamentendosen und -formeln verwendet. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit unangenehmer Nebenwirkungen. Beispielsweise hat die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) Spritam zugelassen, ein Epilepsie-Medikament, das im 3D-Druck hergestellt wird. Der Prozess verbesserte dieses Medikament und machte es leichter aufzulösen als andere Pillen.