Медицина в 3D

Технологией 2013 года можно смело назвать 3D-печать — за последнее время она проникла во все сферы жизни. При помощи 3D-принтеров стали создавать самые разные вещи: от аксессуаров и дизайнерских макетов до еды и оружия.

На рынке появились принтеры для частного, домашнего использования. В России начали одна за другой открываться компании по производству и продаже 3D-принтеров, а также сервисы по созданию моделей для них.
Многие говорят о том, что 3D-печать кардинально изменит нашу жизнь, позволив людям самим создавать необходимые в быту вещи. Возможно, до этого еще далеко, но в одной сфере 3D-технологии уже однозначно совершили революцию — в медицине.
«Медицина — одна из важнейших и самых перспективных областей развития 3D-технологий. 3D-печать используется в стоматологии, трансплантологии, пластической хирургии, травматологии, протезировании и многих других», — рассказывает Ашхен Овсепян, директор компании SIU System, официального дистрибьютора американской корпорации 3D Systems.
По ее словам, 3D-технологии имеют различную степень применения в современной медицине. Некоторые полностью интегрировали прототипирование в рабочий процесс, а другие используют технологии кусочно и дорабатывают их под свои задачи.

Стоматология
Активнее всего в практическом плане 3D-технологии используются в стоматологии. Еще в 1999 году компания по производству медицинских инструментов Align Technology вывела на рынок капы для выравнивания зубов, напечатанные на 3D-принтере. Капы — это альтернатива брекетам. На текущий момент компания производит более 650 000 пар кап в день.
Для создания кап челюсть пациента сканируется со всех ракурсов. Затем создаются индивидуальные капы, которые каждые две недели печатаются заново, так как за это время в зубном ряду происходят изменения. В отличие от брекетов капы незаметны на зубах, прозрачны и не причиняют пациентам неудобств.
«Многие люди стесняются ходить с брекетами: такие конструкции неэстетично выглядят, и клиенты предпочитают на всю жизнь оставаться с неправильным прикусом, поэтому капы — идеальный вариант для таких стеснительных людей. В настоящий момент в различных московских стоматологиях уже широко используется этот метод создания голливудской улыбки», — рассказывает Овсепян.
Также при помощи 3D-принтеров стало проще, быстрее и дешевле создавать слепок зубов и челюсти. Некоторые вузы, в частности Московский государственный медико-стоматологический университет, уже обучают своих студентов использованию 3D-технологий на специально закупленном оборудовании.
Слуховое протезирование
3D-печать также активно используется для создания индивидуальных внутриушных слуховых аппаратов. В 2001 году компания In’Tech стала работать с принтером Viper SLA, разработанным компанией 3D Systems. Он позволяет изготавливать точную до миллиметра оболочку для слуховых устройств, которая вставляется внутрь уха.
С 2012 года также применяется технология Camisha компании Widex. Она состоит в том, что сначала в ушную раковину вводится жидкий силикон, при помощи которого создается слепок. Затем на 3D-сканере производится его трехмерная модель, которая печатается на 3D-принтере. В нее вставляется слуховое устройство, и в результате получается точные и миниатюрный внутриушной аппарат.
Трансплантология
При помощи 3D-печати можно создавать целые органы. Еще недавно это казалось фантастикой. Даже когда в 2012 году жительнице Бельгии пересадили созданную с помощью 3D-печати челюсть. Правда, создание почек, печени или середечных клапанов пока не выходит за рамки экспериментов.
«Два года назад в США на 3D-принтере уже были напечатаны элементы экзоскелета для двухлетней девочки Эммы, больной артрогрипозом, заболеванием скелетно-мышечной системы, характеризующимся деформацией и стягиванием конечностей и недоразвитием суставов и мышц. Эти элементы позволили ребенку двигать руками, играть и рисовать», — рассказывает Овсепян.
В этом году американским медикам и ученым удалось создать целый экзоскелет для девушки, которая 22 года не могла ходить из-за паралича после падения на горных лыжах.
«Разработчики 3D Systems смогли поставить женщину на ноги: с помощью 3D-сканирования ее позвоночника, бедер и голеней и последующей печатью первого в мире так называемого экзоскелета Аманда получила возможность вновь самостоятельно вставать и передвигаться. Сложные механические приводы и блоки управления, изготовленные и предоставленные специалистами EksoBionics, были объединены с напечатанными на 3D-принтере элементами», — поясняет Овсепян.
Российские ученые тоже занимаются развитием 3D-технологий регенеративной медицины. Осенью 2013 года на базе Сколково открылась частная лаборатория биотехнических исследований «3D Биопринтинг Солюшенс», которая разрабатывает методы трехмерной органной биопечати.
Трехмерная печать может позволить создавать не только титановые импланты, но и модели костей, структура которых максимальна схожа с настоящими. Эта технология сделала бы процесс трансплантации более простым и безопасным.
Протезирование
3D-печать позволяет создавать индивидуальные протезы, которые учитывают все особенности пациента. К тому же, это дешевле, чем традиционное производство протезов.
В 2013 году плотник из Южной Африки Ричард Ван Ас, лишившийся четырех пальцев, вместе с американским инженером Иваном Оуэнсом и компанией-производителем домашних 3D-принтеров MakerBot запустили проект Robohand, в рамках которого создаются недорогие протезы рук. В среднем они стоят 15 долларов, в то время как традиционные — 10 тысяч долларов.
Изначально 3D-печать для протезирования опробовали на животных. В 2012 году американские ученые создали 3D-модель клюва из нейлона для белоголового орлана, которого покалечил выстрелом в голову браконьер. До того, как был распечатан протез, птицу кормили и поили вручную. Искусственный клюв позволил орлану питаться самостоятельно.
В прошлом году канадские ученые распечатали на 3D-принтере протез лапки для утки, которая родилась с деформированной конечностью. Благодаря ему птица уже во взрослом возрасте смогла научиться ходить.
Онкология
Ученые рассчитывают, что 3D-печать поможет онкологическим больным как для реабилитации после операций, так и для предотвращения развития опухолей. И уже есть примеры из практики. 3D-печать помогла вернуться к полноценной жизни пациенту, которому из-за злокачественной опухоли полностью удалили левую часть лица. Хирурги имплантировали ему лицевой протез, при помощи которого пациент может нормально питаться.
Работа над предотвращением рака при помощи 3D-технологий только начинается. С помощью 3D-печати ученые из Университета Алабамы создали модель молекулы G-квадруплекса, изучение которой, вероятно, поможет в борьбе со злокачественными опухолями. Молекулу G-квадруплекса невозможно изобразить в двухмерном пространстве, поэтому для ее исследования необходимы 3D-технологии. Ученые считают, что такая модель поможет им понять, как необходимо воздействовать на эту молекулу, чтобы остановить деление раковых клеток в поджелудочной железе.