3D-печать в медицине

Технологии выращивания органов и тканей

Основная статья: Выращивание органов (Биопечать, биопринтинг)

Мировой рынок

Основная статья: 3D-печать в медицине (мировой рынок)

2024

В центре Илизарова начали имплантировать создаваемые на 3D-принтере протезы таранной кости

Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Г.А. Илизарова в Кургане в октябре 2024 года успешно провел операцию по замене таранной кости и голеностопного сустава протезом, изготовленным с помощью 3D-печати. Это пятая подобная операция, выполненная в центре, и первая в России при лечении остеомиелита голеностопного сустава. Подробнее здесь.

В петербургской больнице начали применять 3D-печать для восстановления черепных дефектов

В Научно-исследовательском институте скорой помощи имени И.И. Джанелидзе в Санкт-Петербурге начали применять технологию 3D-печати для восстановления черепных дефектов у пациентов с черепно-мозговыми травмами. Об этом стало известно в августе 2024 года. Эта инновационная методика позволяет создавать индивидуальные имплантаты, точно соответствующие анатомическим особенностям каждого пациента, что значительно повышает эффективность хирургических вмешательств. Подробнее здесь.

Разработан 3D-пластырь для внутренних органов. Он уже лечит больных

В начале августа 2024 года исследователи из США разработали 3D-печатный пластырь для внутренних органов, в первую очередь для коррекции поражений сердца и суставов. Его уже начали применять в клинической практике. Подробнее здесь

В России запустили 3D-печать сердечно-сосудистых стентов из биоразлагаемых материалов

В августе 2024 года стало известно о запуске новой технологии 3D-печати сердечно-сосудистых стентов из биоразлагаемых материалов в России. Эту инновацию разработали ученые Пермского Политехнического университета (ПНИПУ), создав персонализированные коронарные стенты из биосовместимых полимеров. Технология включает не только проектирование, но и изготовление стентов с использованием 3D-печати, что открывает новые возможности в кардиохирургии и медицинской практике. Подробнее здесь

Роговицу глаза начали печатать на 3D-принтере

В первых числах июля 2024 года немецкие исследователи из Технологического института Карлсруэ в сотрудничестве со специалистами Carl Zeiss Meditec AG и Evonik Healthcare сообщили о разработке новой технологии восстановления роговицы глаза. Она предусматривает использование лазерной 3D-печати с применением биочернил. Подробнее здесь

Поступил в продажу стоматологический 3D-принтер, которые печатает коронки, мосты и элайнеры

В середине июля 2024 года компания Stratasys выпустила в продажу стоматологический 3D-принтер DentaJet XL, которые печатает коронки, мосты и элайнеры. Производитель отмечает, что новый принтер способен облегчить работу лаботаторий благодаря использованию более крупных картриджей, большого лотка для печати и сверхскоростного режима. Кроме того, печатные коронки требуют минимальной последующей обработки, снижая нагрузку на лаборатории. Подробнее здесь

2023

Как в России развивается 3D-печать человеческих органов

В 2023 году в России работали 15 компаний, специализирующихся на поставках изделий для исследований биопринтинга человека, в том числе биопринтеров, запчастей к ним, реагентов, химикатов и аксессуаров для биопечати. В их число входят московские ООО «Диаэм», ООО «Аналитика М», ООО «Торговый Дом Химмед» и питерское ООО «Техноснаб». Вместе с тем изучением возможностей 3D-печати человеческих органов занимаются многие российские научные институты. Об этом говорится в исследовании, результаты которого опубликованы 29 февраля 2024 года. Подробнее здесь.

Как ИИ и 3D-печать производят революцию в создании средств по уходу за кожей

Косметические бренды объединяют технологии искусственного интеллекта и 3D-печати для создания персонализированных продуктов по уходу за кожей, отвечающих потребностям конкретных потребителей. Инструменты ИИ быстро набирают популярность в индустрии красоты, о чем говорится в исследовании, результаты которого обнародованы 15 ноября 2023 года. Подробнее здесь.

3D-печать нервной ткани лечит травмы головного мозга

4 октября 2023 года британские исследователи из Оксфордского университета сообщили о разработке новой технологии 3D-печати нервной ткани, имитирующей структуру коры головного мозга. Метод, как ожидается, в перспективе поможет в лечении различных травм и нейродегенеративных заболеваний.

Специалисты говорят, что эффективных методов лечения тяжелых травм головного мозга не существует. Такие повреждения, в том числе спровоцированные болезнями, либо приводят к резкому ухудшению качества жизни, либо провоцируют летальный исход. По статистике, каждый год во всем мире приблизительно у 70 млн человек диагностируются черепно-мозговые травмы, причем 5 млн из этих случаев являются тяжелыми или смертельными.

Регенеративная терапия тканей, в частности, основанная на использовании собственных стволовых клеток пациента, может стать многообещающим способом лечения повреждений головного мозга. Но проблема заключается в том, что не существует технологии, которая позволила бы имитировать необходимую архитектуру нервных тканей. Специалисты из Оксфордского университета предложили способ решения проблемы.

Ученые сформировали двухслойную мозговую ткань методом 3D-печати. Нервные клетки вырастили из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека. С использованием специфических комбинаций факторов роста и химических веществ удалось получить два типа клеток для создания биочернил, которые позволили воспроизвести двуслойную структуру ткани мозга. Эти образцы сохраняли свою клеточную структуру в течение нескольких недель, после чего были имплантированы в мозг мышей. Они продемонстрировали хорошую интеграцию, о чем свидетельствует рост нервных отростков и миграция нейронов через границу имплантат-хозяин. Теперь исследователи намерены усовершенствовать методику для создания сложных многослойных тканей коры головного мозга.^[1]

На 3D-принтере начали печатать человеческие мышцы

25 августа 2023 года американские исследователи из Института биомедицинских инноваций Терасаки в Лос-Анджелесе сообщили о разработке новой технологии формирования человеческих мышц методом 3D-печати. Предложенный подход, как ожидается, поможет в лечении пациентов с повреждениями скелетных мышц в результате травм, заболеваний или хирургических вмешательств. Подробнее здесь.

Нервные сети начали печатать на 3D-принтере с помощью новых биочернил

Команда исследователей из Университета Монаша использовала биочернила с содержанием живых нейронов и неклеточных материалов, которые при печати формировали трехмерные нервные сети. Об этом 20 сентября сообщил Университет Монаша. Подробнее здесь.

В России начали создавать имплантаты из новых материалов, похожих на костную ткань

В России разработали технологию производства биомиметических имплантатов с заданной проницаемостью. Об этом 11 сентября 2023 года сообщили в Сколтехе, специалисты которого участвовали в реализации проекта совместно с коллегами из университета МИСИС и Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. Подробнее здесь.

Российские ученые напечатали материал, повышающий долговечность межпозвонковых имплантатов

Ученые Университета МИСИС запатентовали метод 3D-печати трехмерного каркаса из ауксетических метаматериалов, который может быть использован для имплантатов, протезов и межпозвонковых кейджей в медицине будущего. Об этом 31 августа 2023 года Zdrav.Expert сообщили представители МИСИС. Подробнее здесь.

Унитазы начали печатать на 3D-принтере. Им не нужны ершики

В середине августа 2023 года китайские исследователи из Хуачжунского университета науки и технологии в Ухане сообщили о разработке метода 3D-печати унитазов, которые практически не загрязняются в процессе эксплуатации. Подробнее здесь.

В России онкобольным начали устанавливать уникальные лицевые имплантаты, которые печатаются на 3D-принтере

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) и Томского национального исследовательского медицинского центра разработали первую в РФ технологию изготовления на 3D-принтере имплантатов для челюстно-лицевой хирургии из отечественного сырья и опробовали ее на первых пациентах. Об этом пресс-служба вуза сообщила 18 августа 2023 года. Подробнее здесь.

В Сеченовском университете разработали уникальную клеточную технологию восстановления голоса

Ученые Первого МГМУ имени Сеченова разработали имплант для гортани, который помог справиться с дефектом голосовых складок и восстановить их до природного, естественного состояния. О создании уникальной клеточной технологии восстановления голоса в пресс-службе вуза рассказали в начале августа 2023 года. Подробнее здесь.

Первую в мире технологию 3D-печати стекла начали применять для лечения болезней кожи

В начале апреля 2023 года стало известно о том, что польская компания Sygnis SA заключила соглашение о сотрудничестве с Berger&Kraft Medical. Партнёры объединят усилия с целью разработки передовых продуктов, предназначенных для терапии кожи. Подробнее здесь.

В России напечатали первый «тканевой пистолет», сшивающий раны биополимерами

В Университете МИСиС представили первый в России «тканевой пистолет», который может останавливать кровотечения и запускать регенеративные процессы при ранениях легкой и средней степени тяжести. Об этом 5 апреля 2023 года Zdrav.Expert сообщили представители НИТУ МИСиС. Корпус и детали напечатаны в НИТУ МИСиС c помощью FDM (от англ. Fused Deposition Modeling - печать методом послойного наложения, прим. Zdrav.Expert) и SLA (от англ. Laser Stereolithography Apparatus - лазерная стереолитография, прим. Zdrav.Expert) технологий 3D-печати. Подробнее здесь.

Создана технология 3D-печати с помощью бактерий для создания структур, похожих на кости

23 февраля 2023 года швейцарские учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) сообщили о разработке метода 3D-печати минерализованных конструкций, похожих на костную ткань. Подробнее здесь.

На 3D-принтере начали печатать перчатки для быстрой замены кожи на руках

В середине февраля 2023 года ученые из Медицинского центра Ирвинга при Колумбийском университете представили метод создания трехмерных биоинженерных кожных трансплантатов. Исследователи уже создали кожную перчатку, которая может быть полезна для замены кожи на руках путем простого надевания на руку, как перчатка.

Традиционные кожные трансплантаты требуют забора кожи в другом месте перед наложением на поврежденный участок. Ученые разрабатывают биоинженерную кожу, сочетая человеческие клетки с биоматериалами, но до сих пор эти конструкции представляли собой простые листы, которые нелегко вырезать и прочно прикрепить к волнистой анатомии пациентов.

Исследователи разработали метод, позволяющий создавать трехмерные конструкции, более похожие на одежду, которую можно просто натянуть на поврежденную ткань. Помимо простоты применения, по словам разработчиков, метод требует создания конструкций для каждой конкретной ситуации, что позволяет создавать персонализированные конструкции, идеально подходящие для каждого пациента.

Подход предполагает лазерное сканирование участка тела, на который будет накладываться трансплантат, к примеру, ожог, при котором повреждена большая часть кожи на руке. В этом случае сканируется рука пациента, а затем ученые с помощью автоматизированного проектирования создают шаблон для полой конструкции, напоминающей перчатку. Следующий этап включает в себя 3D-печать биоматериальной подложки нужной формы. Затем происходит засевания подложки белками соединительной ткани, такими как коллаген, и фибробластами кожи, которые могут выделять компоненты соединительной ткани. Затем исследователи высевают кератиноциты на внешнюю сторону трансплантата для формирования слоя эпидермиса. После периода культивирования, по словам ученых, трансплантат можно надеть на поврежденную руку, как перчатку.^[2]

В России зарегистрировали первые создаваемые на 3D-принтере имплантаты для позвоночника

Стартап Pozvonoq (совместное предприятие Северо-Западного наноцентра и ГК «Ортоинвест») зарегистрировал первые в России создаваемые на 3D-принтере имплантаты для позвоночника. Об этом 16 февраля 2023 года сообщили в пресс-службе Фонда инфраструктурных и образовательных программ (ФИОП). Подробнее здесь.

3D-печать начали использовать для ЭКО

В конце января 2023 года исследователи создали динамическую культуру клеток, которая может значительно улучшить процесс экстракорпорального оплодотворения, используя уникальный полимерный материал и процесс 3D-печати. Подробнее здесь.

Российские ученые предложили технологию 3D-печати инструментов для стоматологии

Российские ученые НИТУ МИСИС и Сколковского института науки и технологий впервые предложили изготавливать важный стоматологический инструмент – самоадаптирующийся файл для очистки зубных каналов – при помощи аддитивных технологий, а именно – селективного лазерного плавления (СЛП). Как рассказали Zdrav.Expert представители МИСИС 17 января 2023 года, исследователи достигли высокой разрешающей способности технологии СЛП (порядка 100 мкм), и в ряде случаев предложенная учеными технология позволит сократить и удешевить производство инструментов. Подробнее здесь.

2022

3D-печать начали применять для печати глазной ткани

22 декабря 2022 года американские исследователи из Национального института глаза (NEI) сообщили о разработке технологии 3D-биопечати для создания ткани глаза. Методика, как ожидается, поможет в изучении генеза возрастной дегенерации жёлтого пятна (ВДЖП) и других заболеваний глаз. Подробнее здесь.

Из сельскохозяйственных отходов начали создавать материалы для 3D-печати искусственного мяса

15 декабря 2022 года Сиань Цзяотун-Ливерпульский университет (XJTLU), основанный Сианьским университетом Цзяотун в Китае и Ливерпульским университетом в Великобритании, сообщил о создании особых чернил для 3D-печати из сельскохозяйственных отходов, которые могут сделать культивированное мясо более доступным. Подробнее здесь.

В Зеленограде запустили 3D-производство тазобедренных протезов для животных

В центре прототипирования «Скат 3D» начали печатать ортопедические римеры. Это специальные сверла, которые применяют в сложных операциях по замене тазобедренных суставов у животных. Кроме того, начали печатать эндопротезы тазобедренного сустава, производство пока что штучное, сообщается на сайте мэра Москвы 6 октября 2022 года. Подробнее здесь.

В Новосибирске разработали сервис для проектирования 3D-моделей индивидуальных имплантатов

В июле 2022 года стало известно о создании в России сервиса для проектирования 3D-моделей индивидуальных имплантатов. Речь идет о разработке Новосибирского государственного технического университета НЭТИ. Подробнее здесь.

Ученые МИСиС напечатали на 3D-принтере биосовместимый протез уха

Биосовместимый персонализированный имплантат ушной раковины для пластической хирургии разработали молодые ученые НИТУ «МИСиС». Об этом представители МИСиС сообщили Zdrav.Expert 15 июня 2022 года. Ожидается, что предложенная технология позволит ускорить приживаемость имплантата и организовать производство изделий полностью из российских компонентов. Подробнее здесь.

На 3D-принтере напечатали биоподобные сердечные клапаны, которые не требуют замены

2 июня 2022 года стало известно о создании напечатанных на 3D-принтере искусственных сердечных клапанов, которые предназначены для формирования новой ткани собственными клетками пациента. Подробнее здесь.

На 3D-принтере напечатали ухо и пересадили его человеку

В начале июня 2022 года пациенту, родившемуся с маленьким, неправильно сформированным правым ухом, хирургическим путем был установлен имплантат, напечатанный на 3D-принтере - процедура вдвойне революционная, поскольку ткань искусственного уха изготовлена из собственных клеток пациента. Подробнее здесь.

В России впервые провели эндопротезирование комбинацией 3D-печати и модульного протеза

В марте 2022 года в России впервые провели эндопротезирование комбинацией 3D-печати и модульного протеза. Операция прошла в ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н. Н. Петрова». Подробнее здесь.

Напечатанные на 3D-принтере клетки яичек дали надежду на лечение мужского бесплодия

В конце марта 2022 года исследователи из Университета Британской Колумбии разработали методику, позволяющую печатать клетки яичек человека в 3D в полой трубчатой структуре, которая имитирует семенные канальцы, находящиеся в яичках. Напечатанные структуры демонстрируют обнадеживающие признаки того, что они могут производить жизнеспособные сперматозоиды. Данная технология может открыть путь к зачатию для мужчин с проблемами фертильности.

Бесплодие может стать огромным бременем для тех, кто хочет иметь детей. Благодаря достижениям медицины для многих людей на март 2022 года существуют реальные варианты лечения, но некоторые формы бесплодия особенно трудно поддаются лечению. Одной из особенно сложных форм мужского бесплодия является необструктивная азооспермия (НОА), при которой сперматозоиды отсутствуют в сперме пациента. Единственным способом получения спермы для процедуры экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) при НОА является хирургическое вмешательство в попытке найти неуловимые сперматозоиды в яичках. Как правило, это удается лишь в 50% случаев.

Бесплодием страдают 15% пар, и мужской фактор является одной из причин, по крайней мере, в 50% случаев. Мы печатаем эти клетки на 3D-принтере в очень специфическую структуру, имитирующую анатомию человека, что, по нашему мнению, является лучшим шансом стимулировать производство спермы. В случае успеха это может открыть двери для новых методов лечения бесплодия для пар, у которых в март 2022 года нет других вариантов, - сказал исследователь Райан Фланниган (Ryan Flannigan).

Пытаясь найти менее инвазивный и более успешный подход, исследователи разрабатывают методику, которая позволит им получать стволовые клетки из яичек таких пациентов с помощью биопсии, а затем 3D-печатать эти клетки в структуры, которые затем смогут производить собственную сперму внутри организма. На конец марта 2022 года исследователи распечатали стволовые клетки яичек в трубчатые структуры, и через 12 дней клетки выжили. Они превратились в специализированные клетки для производства спермы и показали ранние признаки того, что клетки могут производить сперматозоиды.TrafficSoft ADC: балансировщик нагрузки с высокой скоростью работы и минимальными аппаратными требованиями

Исследователи тестируют структуры с различными факторами роста и питательными веществами, чтобы заставить их начать производство спермы. В случае, если ученые из Университета Британской Колумбии добьются успеха, эта технология может стать спасительной для мужчин с одной из самых сложных форм бесплодия.^[3]

В России создали ортопедические 3D-имплантаты с антибактериальным биопокрытием

Как стало известно в марте 2022 год, ученые Новосибирского научно-исследовательского института травматологии и ортопедии имени Я. Л. Цивьяна, Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины и Института физики прочности и материаловедения СО РАН разработали 3D-печатные имплантаты с пористой структурой и антибактериальными покрытиями на основе цинка и серебра. Подробнее здесь.

2021

Stryker использует 3D-печать в ортопедии

В середине августа 2021 года исполнительный директор Stryker Наоми Мюррей (Naomi Murray) рассказала, как Stryker использует 3D-печать для создания уникальных пористых материалов, которые в противном случае были бы невозможны. В течение 20 лет компания Stryker использовала аддитивное производство специально для производства сложных ортопедических имплантатов. Подробнее здесь.

В Центре Бакулева начинают использовать 3D-печать модели патологии сердца перед операцией

В начале июня 2021 года стало известно о том, что Национальный медицинский исследовательский центр сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева будет использовать 3D-печать модели патологии сердца перед операцией. Нововведение поможет хирургам «репетировать» операции, вставляя реальные имплантаты, провода и инструменты в анатомическую модель, созданную на 3D-принтере. Благодаря этому врачи смогут лучше готовиться к реальным хирургическим вмешательствам. Подробнее здесь.

2020

«Русал» запустил 3D-печать биопротезов из алюминиевых порошков

24 сентября 2020 года «Русал» сообщил о запуске 3D-печати изделий из алюминиевых порошков. Услугу начал оказывать Институт легких материалов и технологий (ИЛМиТ), входящий в состав российской алюминиевой компании. Подробнее здесь.

Ученые разработали технологию печати на 3D-биопринтере персонализированных нейропротезов

21 сентября 2020 года стало известно о том, что исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета разработали технологию 3D-печати мягких нейропротезов NeuroPrint, которая в перспективе может помочь в буквальном смысле поставить человека на ноги после травмы спинного мозга. Данная разработка уже показала свою эффективность в исследованиях на млекопитающих и рыбках данио-рерио. Результаты опубликованы в научном журнале Nature Biomedical Engineering. Подробнее здесь.

LightForce Orthodontics привлекла $14 млн инвестиций на развитие концепции брекетов, напечатанных на 3D-принтере

В середине сентября 2020 года компания LightForce Orthodontics представила концепцию первой в мире системы брекетов, напечатанных на 3D-принтере. Решение LightForce привлекло инвестиции в размере $14 млн от таких компаний, как Tyche Partners, Matrix Partners и AM Ventures. Финансирование будет использовано для дальнейшего масштабирования компании LightForce Orthodontics и разработки продукта. Подробнее здесь.

Росатом напечатает на 3D-принтере импланты для позвоночника

Изготовление металлических комплексов (кейджей) для спинальной хирургии будет запущено на базе корпорации Росатом, об этом стало известно 23 июля 2020 года. Подробнее здесь.

Сотрудники Sandvik Coromant применяют 3D-печать для помощи медицинским работникам

14 мая 2020 года стало известно о том, сотрудники Sandvik Coromant применяют 3D-печать для помощи медицинским работникам.

Как сообщалось, в условиях пандемии медицинский персонал вынужден носить защитные респираторы по 12 и более часов день, без возможности отдохнуть от них и восстановиться. В результате в районе носа и за ушами появляются болезненные гематомы. На протяжении последних недель энтузиасты со всего мира предлагают решения по улучшению средств индивидуальной защиты (СИЗ), чтобы хотя бы немного облегчить работу тем, кто спасает жизни. Так, инженер Sandvik Coromant Уолли Калаяг производит до 20 специальных ремешков в день на своем домашнем 3D- принтере.

Уолли Калаяг не понаслышке знает, какую боль причиняет ношение защитной маски – его жена круглосуточно работает в медицинском центре. Он решил помочь ей и другим работникам, начав печатать на своем 3D–принтере многоразовые удлинители на маску. Они крепятся сзади и позволяют «подогнать» СИЗ по размеру, тем самым снимая напряжение с переносицы и ушей. Что немаловажно, эти ремешки легко дезинфицировать, и они не требуют специальной сертификации, получение которой может занять месяцы.

Удлинители могут быть легко напечатаны даже на самых простых 3D-принтерах, а в интернете размещены файлы с открытым исходным кодом, который позволит сделать настройку. В качестве материала Уолли использует пластиковые нити. Его принтер позволяет производить только три ремешка за 2,5 часа, но он уже сделал более 300 штук. На май 2020 года все средства переданы в медицинский центр Лонг-Бич Мемориал в Калифорнии, а Уолли работает над тем, чтобы произвести еще 1000 удлинителей.

Этот поступок вдохновил и других сотрудников Sandvik Coromant использовать доступные аддитивные технологии для помощи медицинским работникам. Его коллега Ким Охайон также настроил свой 3D-принтер, однако его производительность уже достигает 12 ремней за пять часов. Напечатанные им 200 удлинителей также отправятся в медицинский центр Лонг-Бич Мемориал, где работает жена Уолли.

Мы гордимся и поддерживаем подобные инициативы сотрудников, так как на май 2020 года важен любой вклад, даже самый, на первый взгляд незначительный. И хотя 3D ремни не замедлят пандемию, они смогут, по крайней мере, сделать работу медицинских работников комфортнее. Кроме этого, подобный пример демонстрирует, что технологии, которые еще несколько лет назад казались фантастикой и были прерогативой больших промышленных предприятий и серьезных медицинских корпораций, становятся доступными каждому. рассказал Вадима Недилько, генеральный директор ООО «Сандвик»

Компания не только поддерживает инициативы своих сотрудников, но и активно принимает участие в обеспечении медицинских учреждений Швеции и других стран мира необходимыми средствами защиты. Так, производственная площадка в Вестберге занимается добровольным сбором СИЗ, таких как перчатки, защитная одежда и маски для лица. Завод планирует передать эти СИЗ шведской системе здравоохранения вместе с защитными экранами для лица, которые компания производит в своих центрах аддитивного производства. Sandvik Coromant разработал технологию 3D-моделирования, позволяющую печатать на 3D принтере защитный экран масок для лица в 200 раз быстрее, чем существующие на май 2020 года методы. Технология позволяет увеличить производительность 3D-печати, что поможет создавать защитные маски для работников здравоохранения, борющихся с COVID-19, еще быстрее. Все данные о технологии находятся в открытом доступе.

Кроме этого, Sandvik Coromant предоставила 1 998 защитных костюмов больнице «Ухань Тунджи» в городе Ухане, первоначальном эпицентре вируса, а также передала 1000 комплектов индивидуальной защиты для медицинского персонала больницы Сассун – изоляционного центра для пациентов COVID-19 в Пуне, Индия.

iMakr поддержал здравоохранение Великобритании с помощью 3D печати

30 апреля 2020 года компания Verbatim сообщила, что в Великобритании для того, чтобы обеспечить работников Национальной службы здравоохранения Англии (NHS) защитными масками компания iMakr собрала фермы 3D-принтеров.

Одна такая ферма может производить до 2000 щитков в день.

Эти защитные маски представляют собой прозрачные щитки, которые прикрепляются к голове пользователя и закрывают большую часть его лица. Защитные материалы являются одноразовыми и во время пандемии становятся дефицитными.

С помощью добровольцев предметы СИЗ смогли оперативно упаковать и отправить в больницы - туда, где они нужны больше всего.

iMakr отметила, что 3D-печать идеально подходит в случаях, требующих быстрого и индивидуального производства.

После обсуждений с Национальной службой здравоохранения Англии (NHS) мы быстро смогли настроить фермы принтеров в двух местах, по 400 штук на каждой. Нить PLA Verbatim является нашим предпочтительным материалом благодаря его жесткости и надежности. Помимо производства лицевых щитков, мы также работаем над другими объектами 3D-печати, которые необходимы для поддержки здравоохранения, включая детали для вентиляторов, сказал Вей Лю, главный операционный директор iMakr

В Европе наблюдается рост спроса на услуги аддитивного производства, когда многие производители объединяются для поддержки служб здравоохранения. Компания iMakr одной из первых в Великобритании откликнулась и, благодаря своему опыту, смогла создать и запустить две печатные фермы для Национальной службы здравоохранения Англии (NHS) быстро и эффективно, сказал Тим Стивенсон, региональный менеджер по продажам компании Verbatim

В Испании начинают печатать аппараты вентиляции легких на 3D-принтерах

В конце марта 2020 года Consorci de la Zona Franca, HP Inc., Leitat и CatSalut разработали первое 3D-печатное устройство для экстренной вентиляции легких, которое предназначено для промышленного производства. Устройство представляет собой клапанную маску, которая может использоваться для кратковременной экстренной вентиляции пациентов с COVID-19. Подробнее здесь.

HP Inc. начала печатать на 3D-принтерах медицинские изделия для борьбы с коронавирусом

В конце марта 2020 года компания HP Inc. и ее партнеры начали использовать 3D-принтеры для печати медицинских изделий, необходимых для борьбы с COVID-19. Кроме того, компании планируют выкладывать в открытый доступ 3D-чертежи для "многих деталей, которые не требуют сложной сборки".

По словам HP, в первую очередь компания занялась деталями, используемыми в лицевых масках и респираторах, а также такими изделиями, как устройства для открывания дверей без помощи рук. По данным компании, в больницы уже доставлено более 1000 деталей.

В пресс-релизе генеральный директор HP Энрике Лорес (Enrique Lores) заявил, что HP и ее партнеры по трехмерной печати «безостановочно работают, чтобы побороть эту беспрецедентную пандемию».

Мы ищем партнеров в других странах и других отраслях, чтобы определить наиболее необходимые детали, утвердить их дизайн и начать 3D-печать, — пояснил Лорес.

Первые печатные детали включают устройства для открытия двери локтем, регулятор маски, который не вызывает дискомфорта при длительном ношении, а также кронштейны для удобного удержания защитной маски на месте. По словам HP, другие детали также проходят испытания и аттестацию, и «ожидается, что они скоро пойдут в производство». К ним относятся детали для устройства внебольничной ИВЛ — механической маски с клапаном, которую можно использовать для кратковременной вентиляции, а также маски для лица FFP3.

Компания HP заявила, что привлекла четыре научно-исследовательских центра по трехмерным технологиям для работы с партнерами по всему миру, чтобы «скоординировать усилия и увеличить производство для удовлетворения самых неотложных нужд». HP также координирует свою деятельность с государственными органами и учреждениями здравоохранения по поставке медицинских изделий.^[4]

Медицинские маски в России начали печатать на 3D-принтере

25 марта 2020 года стало известно о начале 3D-печати медицинских масок компанией Temporum, которая является резидентом технопарка «Нагатино». Изделия создаются на 3D-принтерах по технологии FDM, суть которой заключается в послойном выращивании изделия из предварительно расплавленной пластиковой нити, сообщается на сайте столичной мэрии. Подробнее здесь.

Больницы в Италии стали закупать печатаемые на 3D-принтере устройства

В середине марта 2020 года больницы в северной части Италии стали закупать печатаемые на 3D-принтере устройства, чтобы спасать больных коронавирусом.

Пандемия коронавируса привела к острому дефициту средств интенсивной терапии и оксигенации, которые необходимы для поддержания жизни пациентов на острый период заболевания. Особенно пострадали районы с резким подъемом заболеваемости, такие как Северная Италия, Единственный способ спасения жизней на данном этапе — это поддержание работоспособности как можно большего числа реанимационных систем. Однако из-за нарушенной системы поставок ремонт устройств стал затруднителен, и в этом случае на помощь пришла 3D-печать.

Когда больнице в городе Брешиа (Северная Италия) срочно потребовались запасные клапаны для реанимационных устройств, Массимо Темпорелли (Massimo Temporelli), основатель компании FabLab в Милане, связался с врачами и предложил свою помощь в изготовлении недорогих дыхательных трубок для машин интенсивной терапии при помощи 3D-печати. Доктора приняли помощь.

Стартапу FabLab помогла компания Isinnova. Основатель и генеральный директор Isinnova Кристиан Фракасси (Cristian Fracassi) привез 3D-принтер прямо в больницу и за несколько часов изменил настройки и распечатал недостающую деталь для реанимационной системы.

Как минимум десять пациентов остались живы благодаря инструменту, использующему 3D-печатный клапан. В ином случае реанимационную систему пришлось бы отключить. После успешного применения первых клапанов, распечатанных в больнице с использованием системы экструзии нитей, эстафету подхватила другая местная компания Lonati SpA, которая принялась за 3D-печать других необходимых деталей. На этот раз для печати использовался процесс спекания и плавления порошков под действием полимерного лазера.^[5]

2019

Поступил в продажу заменитель гипса при переломах, который печатают на 3D-принтере

В конце декабря 2019 года испанская компания Xkelet выпустила на рынок заменитель гипса при легких переломах, который печатается на 3D-принтере. Заменитель гипсового слепка Xkelet водонепроницаем, не вызывает зуда, легко снимается и может быть использован повторно, что исключает затраты времени и средств на повторную обработку. Подробнее здесь.

Мини версию сердца человека напечатали на 3D-принтере

В начале сентября 2019 года биотехнологическая компания Biolife4D со штаб-квартирой в Чикаго объявила о том, что успешно напечатала на 3D-биопринтере мини-версию сердца человека. Крошечное сердце имеет ту же структуру, что и полноразмерная модель, и компания считает, что это важный этап в создании искусственного сердца, пригодного для пересадки. Подробнее здесь.

Сосуды начали печатать на 3D-принтере и продавать

В августе 2019 года Prellis Biologics объявила о начале печати на 3D-принтере сосудистых структур и готовности продавать их исследовательским учреждениям. Это совместный с компанией Volumetric Bio проект. Подробнее здесь.

Операция по установке напечатанного на 3D-принтере титанового имплантата переднего отдела таза

18 апреля 2019 года, после удаления массивной раковой опухоли, междисциплинарная бригада хирургов Сеченовского университета провела первую в России и в мировой практике операцию по установке титанового имплантата переднего отдела таза, напечатанного на 3D-принтере. Подробнее здесь.

На 3D-принтере впервые напечатали живое сердце из человеческих клеток

15 апреля 2019 года исследователи из Университета Тель-Авива сообщили о том, что им удалось распечатать на 3D-принтере живое сердце, используя человеческие клетки. Сделать это прежде не удавалось никому.

Для создания органа учёные взяли у человека жировую ткань. Затем разделили её на клеточные и неклеточные компоненты, после чего «перепрограммировали» клетки, чтобы те превратились в стволовые, которые затем превратились в клетки сердца. Неклеточные компоненты были превращены в гель, который служил чернилами для печати.

Как и в обычном сердце, в состав искусственного вошли все необходимые сосуды, белок коллаген для создания соединительной ткани и разнообразные биологические молекулы.

Размер сердца составляет около двух с половиной сантиметров — примерно как сердце кролика. Принтер печатал одно сердце около трех с половиной часов.

Дальнейшие планы исследователей сосредоточены вокруг биологических особенностей созданного ими сердца. Они хотят заставить его биться точно так же, как бьется нормальное сердце в груди человека. К моменту совершения этого прорыва сердца может сокращаться.

По словам специалистов, необходимо, чтобы все клетки работали сообща и обладали способностью насоса. В случае успеха ученые планируют испытать напечатанную модель на животных

Может быть, через десять лет в лучших больницах мира появятся принтеры для органов, и эти процедуры будут проводиться регулярно, — сообщил профессор факультета молекулярной клеточной биологии и биотехнологии TAU, факультета материаловедения и инженерии в Центре нанонауки и нанотехнологий и Центра регенеративной биотехнологии Тал Двир.

Сердце, созданное израильскими учеными, уже на этой стадии может подойти кролику. Примерно 2020 году можно будет говорить о пересадке созданных на 3D-принтере сердец кроликам и крысам.^[6]

Открытие центра 3D-биопечати CD3D в Польше

28 марта 2019 года появилась информация о запуске польским порталом CD3D (Centrum Druku 3D) центра 3D-биопечати, который, согласно заявлению представителей CD3D Sp. z o.o., является одним из крупнейших в Европе. Планируется, что центр будет тесно сотрудничать с Лабораторией молекулярной биофизики и наноконструкций. Подробнее здесь.

2018

Представлен первый в мире напечатанный на 3D-принтере бионический глаз

В конце августа 2018 года команда из Университета Миннесоты анонсировала проект, как утверждается, первого в мире напечатанного на 3D-принтере бионического глаза. Он дает большую надежду пациентам, потерявшим зрение. Подробнее здесь.

Проект самообучающегося протеза выиграл в конкурсе Microsoft Imagine Cup 2018

В конце июля 2018 года компания smartARM, разработавшая самообучающийся роботизированный протез руки, победила в международном технологическом конкурсе Microsoft Imagine Cup 2018. Подробнее здесь.

Портативный 3D-принтер для печати искусственной кожи прямо на человеке

В мае 2018 года исследователи из Университета Торонто представили портативный 3D-принтер для печати кожи, предназначенный для лечения глубоких ожоговых ран. Группа исследователей отмечает, что это первое устройство, которое формирует и располагает распечатанный образец ткани непосредственно на месте ожога всего за пару минут. Подробнее здесь.

ПО для 3D-печати органов с использованием искусственного интеллекта

11 апреля 2018 года производитель биологических 3D-принтеров Aether объявил о выпуске программного обеспечения для медицинской визуализации на основе искусственного интеллекта (ИИ), которое значительно продвинет разработку 3D-печати органов. Новое Automatic Segmentation and Reconstruction (ASAR) поможет врачам и исследователям повысить производительность путем автоматизированной сегментации органов и тканей.

Больницы экономят десятки тысяч долларов за счет 3D-печати

В марте 2018 года в Северной больнице Манчестера (NMGH) открылась лаборатория 3D-печати для помощи специалистам по челюстно-лицевым хирургии в лечении и реабилитации пациентов после с раком головы и шеи, лицевой травмой или врожденными аномалиями. Лаборатория была создана специалистом по реконструктивным технологиям Оливером Берли (Oliver Burley), который обосновал экономические преимущества 3D-лаборатории для больницы, а также провел сбор средств на саму лабораторию, программное обеспечение и 3D-принтер PolyJet (стоимостью $ 42000). В настоящее время в штате лаборатории состоят три специалиста, которые работают с девятью консультантами по челюстно-лицевой хирургии.

Получив степень магистра в области реконструктивных технологий, в курсе которых изучалось применение трехмерной печати, Берли представил руководству больницы Манчестера экономическую модель 3D-лаборатории. Первым аргументом в ее пользу стала экономия средств, поскольку больница ежегодно тратила $ 166 000 на проекты по 3D-печати. В среднем больница сталкивается с 20 случаями рака и 8-10 травмами ежегодно, и проведенный на основании этих данных анализ показал, что обслуживание собственной 3D-лаборатории обойдется дешевле. Хотя больнице приходится оплачивать лицензирование лаборатории, эта сумма остается фиксированной и не зависит от объема проделанной работы. Вторым аргументом стала экономия времени хирургов, которые могут использовать 3D-модели при планировании операций. Наконец, последним аргументом стало сокращение времени доставки 3D-моделей от производителя.

В качестве программного обеспечения для моделирования был выбран Materialize Mimics Innovation Suite, а для создания моделей реконструкции костей черепа челюстных остеотомий был взят ProPlan CMF; стоимость ПО составила около $ 25 000. Берли отмечает, что 3D-модели используются больницей почти в каждом случае рака головы и шеи; он уверен, что через пять лет лаборатория 3D-печати станет обязательным приложением центров лечения и реабилитации онкологических пациентов.

В основном лаборатория работает с пациентами, имеющими рак головы или шеи: им требуются реконструктивные операции, в том числе на основе костных трансплантатов для реконструкции верхней или нижней челюсти. Голова пациента сканируется, а затем создается виртуальная трехмерная модель. Хирурги и специалисты лаборатории могут рассмотреть различные виды реконструктивных операций и устройств в виртуальной реальности, прежде чем перейти к стадии проектирования. Разработанные протезы, стержни или пластины печатаются на 3D-принтере с использованием металлических или пластмассовых смесей. Заключительный этап проекта предполагает, что полученная модель стерилизуется и передается хирургам. Благодаря широкому спектру инструментов лаборатория принимает и другие заказы и уже используется ортопедами, неврологами и ревматологами.

Государственная служба здравоохранения Великобритании добилась значительных успехов в трехмерной печати – так, в Уэльсе недавно создали первый в мире комбинированный костный трансплантат и представили трехмерную модель операции. Специалисты отмечают предпосылки того, что трехмерная печать все чаще будет использоваться в здравоохранении. В феврале 2018 года в Бристоле открылся новый исследовательский центр Bristol Biomedical Research Center (BRC), в котором предполагается изучать технологии тканевой инженерии путем биопечати. Новые разработки будут основаны на данных существующих исследований сердечно-сосудистой системы и 3D-печатных сердечных имплантатов.

^[7]

Напечатанные на 3D-принтере конечности вставляют беженцам из Сирии

В марте 2018 года стало известно о том, что в одной из больниц Иордании используют напечатанные на 3D-принтере конечности для лечения беженцев, раненых в Сирии. Технологии, применяемые в проекте международной организации по оказанию медицинской помощи "Врачи без границ" (Medecins Sans Frontieres, MSF), позволяют в течение 24 часов спроектировать и изготовить протез, причем его стоимость в разы ниже, чем у традиционных искусственных конечностей.

По данным New Atlas, с начала 2017 года в программе MSF приняли участие пять пациентов-добровольцев, среди которых есть и дети. Проект реализуется в центре Восстановительной хирургии MSF на базе больницы Al-Mowasah Hospital в столице Иордании Аммане, где проходят лечение раненые во время военных конфликтов в Сирии, Ираке и Йемене.

Мы не используем слишком сложные электронные решения, а стремимся делать как можно более простые, но в то же время надежные протезы, — заявил в интервью изданию инженер MSF по биомедицинскому оборудованию Cафа Херфат (Safa Herfat).

По его словам, напечатанная на 3D-принтере рука может стоить около $20, в то время как обычный протез верхней конечности обходится в сотни долларов.

Помимо дешевизны и быстроты изготовления есть и другие преимущества. Например, протез, изготовленный с помощью трехмерной печати, можно спроектировать с учетом индивидуальных нужд пациента и его повседневных задач – от езды на автомобиле до обычных домашних дел. Кроме того, проектирование может осуществляться дистанционно, а на месте выполняться только сканирование конечности и сама 3D-печать.

Также напечатанные протезы существенно легче традиционных, что немаловажно для пациентов.

Если протез тяжелый и громоздкий, пациент, скорее всего, долго с ним не проходит и перестанет им пользоваться, — заметил Cафа Херфат.

MSF надеется расширить программу и на другие регионы, нуждающиеся в подобной помощи.^[8]

2017

3D-биопринтер для лечения сахарного диабета

В начале декабря 2017 года австралийский университет Вуллонгонга представил новый настраиваемый 3D-биопринтер, который способен улучшить лечение пациентов с диабетом первого типа.

Изобретатели назвали систему 3D-биопринтером для трансплантации клеток поджелудочной железы (PICT). Новая технология была представлена министру здравоохранения Южной Австралии, а затем передана для использования Королевской больнице Аделаиды, которая стала первой в мире клиникой с подобным оборудованием.

Разработчики поясняют, что система наносит специальные биочернила, содержащие инсулин-продуцирующие островковые клетки, на трансплантируемые 3D-печатные каркасные структуры. Предполагается, что такой метод должен усовершенствовать существующий процесс трансплантации островковых клеток от доноров человека, применяемой для лечения серьезных случаев диабета. Новая технология позволяет снизить риск отторжения пересаженной ткани за счет включения в донорскую ткань клеток пациента.

Биопринтер PICT позволит нам уникальным образом смешивать донорские клетки с клетками реципиента и создавать новые сложносоставные «органоиды» для экспериментальной трансплантации, — пояснил профессор Тоби Коутс (Toby Coates).

Кроме того, биопринтер печатает несколько типов клеток, поэтому его каркасная структура также может включать эндотелиоциты, необходимые для роста новых кровеносных сосудов в пересаженной островковой ткани.

Исследовательский совет выделил грант Австралийскому центру передовых технологий в области электроматериалов, который возглавляет профессор Гордон Уоллес (Gordon Wallace), и теперь дальнейшая разработка и улучшение 3D-биопринтера, поступившего в Королевскую больницу Аделаиды, будет проводиться его командой.

Вместе с командой Тоби Коутса из Королевской больницы Аделаиды мы планируем повысить эффективность трансплантаций островковых клеток путем внедрения донорских материалов в 3D-печатную структуру, чтобы защитить их во время и после трансплантации», - заявил профессор Уоллес.[9]

3D-печать среднего уха для возвращения слуха

На ежегодном собрании Радиологического общества Северной Америки (RSNA) в декабре 2017 года было показано, как с помощью 3D-печати возможно воспроизводить точные копии среднего уха для возвращения слуха людям. Разработка начала применяться на практике.

Путем преобразования 3D-изображений, сделанных с помощью компьютерной томографии, в напечатанные на 3D-принтере протезы хирургам удалось с точностью поместить четыре имплантата разных размеров в человеческие уши.

Если предположить, что наиболее вероятная причина неудачного исхода с существующим протезом кроется в неправильной посадке, то возможность создания индивидуального протеза, который сможет в точности заполнить костно-воздушный разрыв, с наименьшей вероятностью приведет к неудаче, — говорит автор исследования доктор Джеффри Хирш (Jeffrey Hirsch), доцент кафедры радиологии Университета штата Мэриленд в Балтиморе, в своем интервью для HCB News. — Наше исследование показывает, что в разных ушах даже на субмиллиметровом уровне присутствуют мельчайшие отличия, которые могут быть с точностью переданы с помощью 3D-моделирования.

По мнению ученого, данный метод может улучшить хирургическую процедуру, которая часто терпит неудачу из-за неправильных размеров протезных имплантатов. В проведенном исследовании четыре хирурга осуществили введение имплантов в четыре разных средних уха. Все хирурги смогли точно совместить модель протеза с височной костью, содержащей среднюю и внутреннюю части уха. Шансы на такой исход при обычном протезировании равны 1:1296.

Хирш объяснил, что предоставляемая 3D-моделированием возможность видеть комплексные анатомические отношения позволяет выйти на новый уровень изучения, понимания и медицинского планирования.

Следующим шагом для исследователей будет разработка биосовместимого материала. В качестве такой платформы группа исследователей рассматривает использование выращенных стволовых клеток.^[10]

Рекомендации FDA для 3D-печати в медицине

4 декабря 2017 года Управление США по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами (FDA) выпустило новые рекомендации по созданию медицинских моделей с помощью 3D-принтеров. В руководстве подробно рассмотрены аспекты проектирования и испытания моделей, а также требования к их качеству.

Хотя трехмерная печать относится к относительно новым технологиям, она уже нашла широкое применение в клинической практике – например, ее используют для воссоздания точных копий сложных анатомических структур и имитаций хирургических операций. Заметив стремительную эволюцию этой технологии, FDA выпустило специальные рекомендации, чтобы помочь производителям более эффективно выводить на рынок 3D-печатные модели.

В рекомендациях, разработанных на основе совместного семинара FDA с группой независимых экспертов RSNA в области 3D-печати от 31 августа 2017 года, основное внимание уделяется техническим аспектам 3D-печати.

Рекомендации включают разделы по дизайну и процессу производства, испытанию моделей и составлению инструкций. В разделе производственного процесса рассматриваются технические аспекты 3D-печатных моделей. При создании моделей на основе изображений, например, полученных при КТ-сканировании, должны учитываться минимальное качество изображения и его разрешение, алгоритмы обработки изображений, которые могут изменять размеры модели по сравнению с реальными органами, а также сохранность и определимость анатомических ориентиров, используемых для адаптации модели.

В разделе по испытанию моделей приводятся требования к их описанию, результатам механических испытаний, измерению размеров, характеристикам материала, стерилизации и биосовместимости. Согласно третьему разделу, каждое устройство должно иметь инструкцию, где будут указаны идентификатор пациента, назначение модели и его окончательный дизайн, а также предупреждение о необходимости предварительного обследования пациента для исключения любых изменений, которые могут отличать модель от реальной анатомической структуры.^[11]

Печать мобильного детектора инфекций

В октябре 2017 года группа американских инженеров и ученых разработала новый комплекс для диагностики инфекционных заболеваний «на местах», в которой в качестве детектора используется обычный мобильный телефон и диагностический чип размером с кредитную карточку. Решение создано с использованием технологий 3D-печати.

Низкая стоимость, портативность, а также использование обычного мобильного телефона в качестве детектора делает этот диагностический комплекс незаменимым для диагностики инфекционных заболеваний в условиях ограниченных ресурсов или когда результат диагностики нужен немедленно. Интеграция диагностической платформы с современными мобильными коммуникационными системами позволит осуществлять персонализированное лечение пациентов и мониторинг эпидемиологической ситуации.

При этом время получения результатов диагностики сравнимо с временем проведения аналогичных тестов в условиях стационарной лаборатории — около 30 минут. Для сбора и интерпретации в режиме реального времени изображений ферментной умножающей реакции, которая осуществляется в кремниевом микрофлюидном чипе, служащем для визуального отображения результатов тестов, используется обычный смартфон.

Сам комплекс состоит из обычного смартфона и портативного гнезда-подставки, напечатанной на 3D-принтере и содержащей оптико-электронную «начинку», а также специальный интерфейс для камеры смартфона. Работающее в смартфоне приложение осуществляет сбор результатов проведенных с помощью микрофлюидного чипа тестов и данных о пациенте, которые затем передаются в облачную базу данных.

В ходе демонстрационных испытаний комплекс был использован для качественного и количественного анализа в капли крови инфекций, вызывающих заболевания органов дыхания у лошадей – лихорадки Зика, лихорадки Денге и лихорадки Чикунгунья.^[12]

Роботизированная рука, заменяющая сурдопереводчика

В августе 2017 года СМИ сообщили о разработке аспирантов Антверпенского университета (Бельгия), которая сможет облегчить жизнь глухих людей. С помощью 3D-принтера молодые ученые изготовили роботизированную руку, способную выполнять роль сурдопереводчика. Изобретение получило название ASLAN (Antwerp’s Sign Language Actuating Node).

Сурдопереводчики зачастую в дефиците, вот почему и было решено создать недорогую автоматизированную систему, которая сможет переводить текст на язык жестов.

Скажем, глухому человеку нужно явиться в суд, или же слабослышащий студент присутствует где-то на занятиях. Вот ситуации, в которых людям с проблемами слуха требуются сурдопереводчики, но нередко бывает так, что этих специалистов трудно быстро найти. В подобных обстоятельствах недорогая система, такая как ASLAN, может стать решением проблемы, — рассказывает профессор Антверпенского университета Эрвин Смет (Erwin Smet), слова которого приводит издание Medgadget.[13]

Я говорил с друзьями о нехватке сурдопереводчиков в Бельгии, особенно во Фландрии, где нужны специалисты, знающие фламандский жестовый язык. Нам захотелось решить проблему. Еще мне нужен был проект по робототехники для моей диссертации, так что мы совместили две задачи, — дополняет Стейн Хайс (Stijn Huys), один из создателей роботизированного сурдопереводчика.

Собранная изобретателями роботизированная рука состоит из 25 пластиковых деталей, распечатанных на 3D-принтере и приводится в действие с помощью 16 сервоприводов, за управление которыми отвечает платформа Arduino, сообщает Tech Crunch. В планах разработчиков - система с двумя роботизированными руками и лицом для передачи эмоций.^[14]

Пока существует только опытный образец устройства, но энтузиасты намерены довести проект до конца и сделать материалы своей работы общедоступными, чтобы желающие смогли самостоятельно изготовить робота-сурдопереводчика.

Печать искусственного сердца

В июле 2017 года Швейцарский федеральный технологический институт Цюриха (ETH Zurich) представил искусственное сердце, созданное при помощи трехмерной печати. На момент анонса выполненное из силикона изделие было далеко от стадии коммерческой готовности.

Искусственное сердце весом 390 граммов и объемом 679 кубических сантиметров напечатано на 3D-принтере методом литья по выплавляемым моделям. Левый и правый желудочки разделены не перегородкой, а специальной камерой, наполненной сжатым воздухом. Надуваясь и сдуваясь, эта камера имитирует сокращение мышц человеческого сердца и качает кровь.

К моменту демонстрации искусственного сердца оно поддерживает лишь 3000 ударов, то есть может работать от 30 до 45 минут. Для проверки работы сердца ученые использовали передовую тестовую среду, имитирующую сердечно-сосудистую систему человека, и жидкость, имеющую сравнимую с кровью вязкость. Функционирование приспособления запечатлели на видео.

Наша цель — создать искусственное сердце, которое по размерам, форме и функциям было бы сопоставимо с человеческим", — говорит Николас Корс (Nicholas Cohrs), участник исследовательской группы, занятой в реализации проекта. — Это была проверка технической осуществимости. Наша задача заключалась не в том, что создать сердце, готовое к имплантации, а в том, чтобы думать о новом направлении разработки искусственных сердец.

К 2017 году от сердечной недостаточности страдает около 26 млн человек. Большинство из них безнадежно ждут доноров, которые бы обеспечили им новое сердце. Таким пациентам устанавливают специальные кровяные насосы, которые облегчают работу сердца, однако они могут вызывать серьезные осложнения и не предоставляют пациентам пульс.^[15]

Печать яичников

В мае 2017 года стало известно о 3D-печати яичников, которые позволили бесплодным мышам рожать. Ученые намерены тестировать разработку на людях.

Ученые Северо-западного Университета Чикаго создали искусственный яичник, позволяющий полностью восстановить репродуктивную функцию. В ходе эксперимента бесплодной лабораторной мыши был имплантирован протез, созданный с помощью трехмерной печати. Впоследствии мышата (трое из семи) смогли питаться молоком матери и получить здоровые пометы.

Биопротезы яичников состоят из пористого каркаса из желатиновых чернил, который заполнен фолликулами — крошечными содержащими жидкость мешочками, где хранятся незрелые яйцеклетки. Организм мыши-реципиента фактически координировал развитие тканей яичников, и поток крови через поры помог превратить имплантированную структуру в функциональный биопротез.

Впрочем, стоит отметить, что был напечатан не весь яичник целиком, так как он слишком сложный орган. Ученые создали соединительнотканную основу яичника: принтер заряжали желатином, который получали из коллагена, одного из главных белков соединительной ткани – коллаген был в той форме, в которой он обычно присутствует в яичниках животных. Затем в полученную (напечатанную) желатиновую основу погружали мышиные фолликулы с яйцеклетками внутри.

Пока неясно, подойдет ли такой протез человеку, так как женские фолликулы намного больше и растут быстрее. Однако ученые обещают провести исследования, направленные на развитие идеи в человеческом направлении.^[16]

Целью проекта является восстановление фертильности и эндокринного здоровья молодых пациенток, больных раком, которые были стерилизованы во время лечения рака яичников, — заявила в интервью профессор Северо-Западного университета в Чикаго Тереза Вудруф.­

2016

Сердце на чипе для исследований напечатано на 3D-принтере

В конце октября 2016 года исследователи Гарвардского университета сообщили о создании первого в мире сердца на чипе, напечатанного на 3D-принтере. Новая разработка позволит проводить связанные с работой сердца эксперименты без участия подопытных людей и животных, говорится на сайте университета.

Результаты самого исследования, проведенного учеными Гарвардской школы инженерного проектирования (Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences) и прикладных наук и Института биотехнологий им. Виза (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering), опубликованы в журнале Nature Materials.

Сердце на чипе выполнено из полупрозрачного синтетического материала, имитирующего структуру и функции сердечной ткани. В устройстве располагаются микроскопические датчики, способные отслеживать биение при воздействии на чип различных лекарственных средств и токсинов, выделяемых различными болезнетворными микроорганизмами.

Напечатанный на 3D-принтере орган не может служить имплантантом для человека, а предназначен лишь для проведения научных исследований. Благодаря новой технологии можно будет воспроизводить наследственные заболевания в лабораторных условиях с воссозданием клеток конкретного пациента, а также испытывать на искусственно выращенных тканях различные методы лечения, чтобы выбрать наиболее действенный.

Исследователям часто приходится работать в неведении, когда происходят постепенные изменения в ходе гистогенеза и развития сердечной мышечной ткани, поскольку нет легких неинвазивных способов измерения функциональных характеристик ткани, — говорит ведущий автор исследования Йохан Ульрик Линд (Johan Ulrik Lind). — Интегрированные датчики позволяют исследователям постоянно собирать данные в то время, пока ткань созревает и улучшает сократительную способность.[17]

Создание 3D-моделей органов перед операциями в Дубае

В октябре 2016 года стало известно о том, что в медицинских учреждениях Дубая появятся 3D-принтеры, печатающие точные макеты органов пациентов, которые предстоит оперировать. Благодаря новой технологии планируется повысить точность и эффективность хирургических операций.

Как сообщает издание Gulf News, все больницы, находящиеся под контролем Управления здравоохранения Дубая (Dubai Health Authority, DHA) на территории Объединенных Арабских Эмиратов (ОАЭ), будут оснащаться оборудованием для 3D-печати протезов конечностей и зубов, имитирующих переломы слепки и моделей человеческих органов для имитации операций перед непосредственным операционным контактом с пациентом.

По словам вице-президента ОАЭ и правителя Дубая шейха Мухаммеда бин Рашида Аль-Мактума (Mohammed bin Rashid Al Maktoum), эта инициатива ускорит проведение медицинских процедур, сократит расходы и поможет докторам планировать сложные хирургические операции.

Кроме того, 3D-печать улучшает точность клинической подготовки. Мы будем печатать все модели органов пациентов, используя базовые возможности компьютерной томографии, чтобы помочь врачам имитировать операции и визуализировать всевозможные ситуации, — сообщил Аль-Мактум.

По его словам, регуляторы ОАЭ работают над тем, чтобы законы соответствовали быстрому развитию технологий объемной печати. Не далек тот день, когда клиенты смогут распечатывать различные предметы в специальных киосках, поэтому очень важно определить четкие правила управления любым видом 3D-печати, добавил шейх.

Использование 3D-принтеров в медицинских целях стало частью стратегии Дубая по развитию 3D-печати, в задачи которой входит превращение города в лидирующий центр этой технологии к 2030 году. Ожидается, что все новые здания в Дубае к этому моменту будут на 25% состоять из деталей, напечатанных на 3D-принтерах. ^[18]

Создание и вживление 3D-черепа

В апреле 2016 года стало известно о том, что южнокорейские хирурги смогли напечатать на 3D-принтере модель черепа и использовать его на живом человеке. Операция прошла успешно и помогла спасти человеческую жизнь, говорится в публикации на сайте 3Dprint.com.

В больницу при университете Чунан (Chung-Ang University) в Южной Корее поступила 60-летняя пациентка с жалобой на внезапную головную боль. У нее диагностировали субарахноидальное кровоизлияние. После тщетных попыток остановить смертельное кровотечение врачи приняли решение удалить часть черепа, чтобы уменьшить давление на мозг, вызванное его отеком.

Во время операции в месте удаленной части черепа возникла недостаточность кровоснабжения мозга, в результате чего потребовалась пересадка черепа. В итоге было принято решение об имплантации трехмерной модели черепной коробки.

Доктора больницы привлекли специалистов Корейского института промышленных технологий в провинции Канвондо. Они сканировали черепную коробку пациентки при помощи компьютерной томографии и создали точную трехмерную копию органа. При помощи специального оборудования модель была распечатана. Ее изготовили из чистого титана, который принято считать одним из лучших материалов для создания имплантов. Этот металл является легким, прочным и инертным, он имеет низкую вероятность отторжения организмом.

Операция по вживлению напечатанного на 3D-принтере черепа завершилась успешно. Профессор отделения нейрохирургии университета Чунан Квон Чжонтек (Kwon Jeong-tek) отметил, что создание синтетических имплантов и металлических пластинок, используемых для соединения костных отломков, давно применяется для замены элементов черепа человека, однако данная технология всегда была несовершенной. ^[19]

ПО для 3D-печати в медицине

На вебинаре, который провела организация Society for Imaging Informatics in Medicine (SIIM) в конце марта 2016 года, доктор Университета Юты Джастин Крамер (Justin Cramer) перечислил основные программные продукты, которые могут использоваться для трехмерной печати в медицине.

• Horos. Это бесплатная программа для просмотра рентгеновских снимков, а также изображений, полученных в результате магнитно-резонансной томографии и компьютерной томографии. Этот продукт с открытым исходным кодом имеет достаточно продвинутую функциональность в части 3D-рендеринга, в том числе инструмент визуализации поверхностей. Файлы могут быть экспортированы в формат STL для вывода на 3D-печать. Недостатком Horos является отсутствие возможности сегментации изображения — разделения на пиксели с целью упрощения и/или изменения представления снимка, чтобы его было легче анализировать, сказал Крамер.

• Blender. Это приложение также имеет открытый исходный код, а его одним из главных достоинств является очень активное интернет-сообщество, которое постоянно разрабатывает новые дополнения для этого продукта. Он функциональнее Horos, но труднее в освоении, подмечает Джастин Крамер.

• SketchUp. Программа позволяет моделировать различные трехмерные объекты и имеет достаточно широкие возможности. Для Крамера наибольшую пользу представляет функция конвертирования STL-файлов в формат Collada, с которым совместимо приложение Apple iBooks. SketchUp когда-то распространялся бесплатно, но к апрелю 2016 года он стоит $695. Образовательные учреждения (или те, у кого есть доступ к электронной почте в домене .edu) могут бесплатно скачать специальную версию программы.

• Materialise. Сам Университет Юты, известный своими достижениями в области трехмерной печати, пользуется САПР бельгийской компании Materialise. Речь идет о программе для обработки изображений Mimics и продукте 3-matic. Последний позволяет изменять геометрию, перестраивать сетку и создавать трехмерные текстуры, легкие конструкции и конформные структуры на уровне STL, готовя компьютерные модели для 3D-печати.

При выборе софта для 3D-принтеров Джастин Крамер рекомендует руководствоваться простым правилом: для начинающих подойдут бесплатные варианты, но если планируется создавать точные анатомические модели для профессионального использования, то лучше приобрести мощный платный продукт, поскольку с его помощью можно создавать более качественную модель.^[20]

Разработки Университета Юты: дешёвая 3D-печать методом наплавления

В конце марта 2016 года медицинская организация Society for Imaging Informatics in Medicine (SIIM) провела вебинар, в ходе которого радиологи из Университета Юты рассказали о возможностях своей новой лаборатории для 3D-печати. Ее особенностью является использование недорогого оборудования.

Для трехмерной печати было выбрано моделирование методом наплавления (FDM). Технология предполагает создание трехмерных объектов за счет нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели.

По словам доктора наук из Университета Юты Эдварда Квигли (Edward Quigley), метод наплавления является универсальным и дешевым способом создания объемных объектов, именно поэтому его часто используют для разработки медицинских 3D-принтеров начального уровня.

В Университете Юты сконструировали на основе FDM дешевый принтер, позволяющий печатать хрупкие и сложные анатомические модели, применяемые для образовательных целей. Для получения более точных и наглядных прототипов специалисты добавили в оборудование режимы цветной печати. Однако несмотря на все достижения процесс моделирования остается нелегким: очень часто происходит большой сбой, в результате которого 24-часовая печать объекта заканчивается лишь кучей расплавленного пластика, сетует Квигли.

Впрочем, были и успешные эксперименты в университете. Один из них изображен на иллюстрации выше. На картинке слева можно видеть напечатанную на 3D-принтере нейлоновую модель, демонстрирующую шейные позвонки, позвоночные артерии, дуральный мешок и спинной мозг. Справа показана виртуальная версия, на основе которой создавался физический прототип.

Эдвард Квиглин отметил, что 3D-печать может использоваться для проведения исследований, интраоперационного планирования операций, в сердечно-сосудистой и легочной хирургии. Такие технологии особенно полезны в травматологии, а также могут применяться, к примеру, для создания направляющей для биопсийной иглы или направляющей втулки для сверления зубов, добавил он.^[21]

Смотрите также

• 3D-принтеры (мировой рынок)
• 3D-печать в медицине (мировой рынок)

• 3D-печать мяса

Новые технологии в здравоохранении

Примечания