Eine kurze Geschichte des 3D-Drucks in der Medizin

Der 3D-Druck wurde von Charles W. „Chuck“ Hull entwickelt, der die Idee hatte, computergestützte Designsoftware zur Erstellung dreidimensionaler Objekte zu verwenden. Hull baute eine Maschine, die einen UV-Laser verwendete, um Acrylschichten in Formen zu gravieren, bevor die Schichten gestapelt wurden, um Objekte zu bauen. Er patentierte 1984 die „Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte durch Stereolithographie“ und markierte damit die Geburtsstunde des 3D-Drucks.

In den drei Jahrzehnten seitdem hat der 3D-Druck branchenübergreifend Anwendung gefunden, einschließlich des Gesundheitswesens. Da der 3D-Druck immer fortschrittlicher und wirtschaftlicher zugänglich wird, erweitern sich seine medizinischen Anwendungen weiter. Dem 3D-Druck können sogar einige der beeindruckendsten Fortschritte in der Medizin zugeschrieben werden, darunter 3D-gedrucktes Gefäßgewebe, Prothesen und Knochen sowie eine Reihe medizinischer Geräte, darunter Bohrschablonen, Herzschrittmacher und mehr.

Wie der 3D-Druck dazu beigetragen hat, das Gesundheitswesen zu verändern

Die Gesundheitsbranche war einer der ersten Anwender der 3D-Drucktechnologie. Bereits in den späten 1990er und frühen 2000er Jahren wurde der 3D-Druck zur Herstellung von Zahnimplantaten und kundenspezifischen Prothesen eingesetzt, was sogar Charles Hull überraschte, der zugab, nie mit den Auswirkungen des 3D-Drucks auf die Medizin gerechnet zu haben. Seitdem haben sich die medizinischen Anwendungen der Technologie erheblich weiterentwickelt, insbesondere im letzten halben Jahrzehnt.

Da der 3D-Druck agil ist und schnelle Iterationen und Änderungen ermöglicht, eignet er sich hervorragend für Produkte wie Prothetik und Zahnimplantate, die sowohl eine hohe Individualisierung als auch eine Kleinserienproduktion erfordern. Beispielsweise verwendet Coapt, ein in Chicago ansässiges Unternehmen, das myoelektrische Mustererkennungssysteme für Prothesen der oberen Extremitäten herstellt, additive Fertigungstechnologie, um vollständig ansprechende Armprothesen zu bauen, die an die Biologie jedes Patienten angepasst sind.

Der 3D-Druck bietet das Potenzial, auch andere Bereiche der Medizin, insbesondere die Orthopädie, zu verändern. Mit dem 3D-Druck können orthopädische Chirurgen Strukturen schaffen, die die Biologie eines Patienten perfekt nachahmen, was eines Tages dazu beitragen könnte, die Beschwerden und den Abbau zu beseitigen, die mit künstlichen Knochenimplantaten in Einheitsgröße verbunden sind. Während 3D-gedruckte Knochen nicht regelmäßig klinisch verwendet werden, hat der Erfolg mehrerer Implantate, die Schlagzeilen machten, den Fortschritt und die Aussichten der Technologie gezeigt.

Wohin wir gehen:3D-gedruckte Biomaterialien

Während 3D-gedruckte Biogeräte wie Prothesen und Knochen erprobt, getestet und in die Praxis umgesetzt wurden, bleibt die nächste Grenze im medizinischen 3D-Druck, organische mimetische Geräte, am Horizont. In den frühen 2000er Jahren baute ein Forscherteam am Boston Children’s Hospital erfolgreich Ersatzblasen aus Kollagen und synthetischem Polymer von Hand mit einer Konstruktionsmethode namens „Scaffolding“. Sie schichteten die Gerüste mit Zellen von Patienten der Studie, sodass sie zu funktionierenden Organen heranwachsen konnten. Sieben Jahre nach der Implantation der Organe blieben alle Studienpatienten bei guter Gesundheit.

Leider ist der Bau von Orgeln auf diese Weise nicht nur unglaublich kostspielig, sondern auch extrem zeitintensiv. Auf der Suche nach einem weniger zeitaufwändigen und leichter replizierbaren Mittel zur Herstellung synthetischer Organe gründete ein wissenschaftlicher Mitarbeiter namens Dr. Anthony Atala 2004 das Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM). Bald darauf begannen die WFIRM-Forscher mit dem 3D-Druck von synthetischen Menschen zu experimentieren Organe und schließlich die Entwicklung von Maschinen, die in der Lage sind, Organe und Gewebe zur Verwendung in klinischen Studien zu drucken.

Trotz des relativen Erfolgs synthetischer Knochen sind 3D-gedruckte Organe jedoch noch lange nicht reif für den klinischen Einsatz. Die Lücke zwischen experimentellen synthetischen Organen und klinisch lebensfähigen Organen kann auf zellulärer Ebene liegen; Aus diesem Grund versuchen Forscher, den 3D-Druck auf lebende Zellen anzuwenden und menschliches Gewebe zu replizieren. Im Jahr 2019 hat ein Team brasilianischer Forscher erfolgreich „Organoide“ biogedruckt, die alle Funktionen der menschlichen Leber erfüllen, einschließlich der Bildung von Proteinen, der Speicherung von Vitaminen und der Sekretion von Galle.

Diese Miniaturleber sind noch nicht bereit für eine Transplantation, aber viele Experten glauben, dass der Weg zur Herstellung voll funktionsfähiger menschlicher Organe frei ist, sobald wir menschliches Gewebe erfolgreich per 3D-Druck replizieren können – und die Medizin für immer verändert wird.

Die Zukunft des medizinischen 3D-Drucks

Es ist schwer zu überschätzen, welches Potenzial der 3D-Druck hat, um das Gesundheitswesen zu verändern. Da die additive Fertigungstechnologie zugänglicher und erschwinglicher wird, scheinen sinnvolle medizinische Innovationen erreichbarer als je zuvor – und es wird immer deutlicher, dass 3D-Druckdienste eine wichtige Rolle bei der Revolutionierung der Medizin im nächsten Jahrzehnt und darüber hinaus spielen werden.

Der 3D-Druck ist für die On-Demand-Fertigung gerüstet und ermöglicht es medizinischen Forschern, kleine Stückzahlen von Teilen für Nischenanwendungen zu erstellen – und schnell umzuschwenken, wenn neue Anforderungen entstehen, wie im Fall der COVID-19-Pandemie.

Die Nutzung der 3D-Drucktechnologie – die Auswahl der richtigen Materialien, der effektivsten Prozesse und der besten Arbeitsabläufe – kann jedoch schwierig sein. Durch die Partnerschaft mit den Experten von Fast Radius können Sie sich darauf verlassen, dass wir in jeder Phase der Design-, Prototyping-, Produktions- und Fulfillment-Prozesse mit Ihnen zusammenarbeiten. Wir stellen sicher, dass jedes Design für die Herstellung optimiert ist und dass Ihre Materialauswahl und Produktionsmethode Ihren spezifischen Anforderungen entspricht. Bereit anzufangen? Kontaktieren Sie uns noch heute.