Druk 3D jest gotowy do walki z plastikowymi implantami ciała

Po wypadku, w wyniku którego pod koniec zeszłego roku 40-letnia kobieta w Szwecji doznała rozległego urazu głowy, otrzymała wydrukowany w 3D implant wykonany z tworzywa sztucznego o nazwie PEEK, aby naprawić jej czaszkę.

Był to pierwszy raz, kiedy szpital zaprojektował i wydrukował implant tego typu na miejscu i może okazać się punktem zwrotnym dla druku 3D w opiece medycznej.

„O ile nam wiadomo, jako pierwsi na świecie wykonaliśmy implanty 3D w całości w szpitalu, co oznacza, że ​​implanty od samego początku będą lepiej dopasowane do pacjentów”, mówi Einar Heiberg Brandt, inżynier medyczny w dziedzinie fizjologii klinicznej w Szpitalu Uniwersyteckim Skåne w Szwecji. „Doprowadzi to do szybszych operacji i mniejszej liczby powikłań”.

Eksperci branżowi zgadzają się, że szpitalne drukowanie 3D jest wciąż na wczesnym etapie, ale wydaje się bardzo obiecujące. Chociaż druk 3D jest używany w służbie zdrowia od ponad dekady do produkcji implantów z tytanu i stali nierdzewnej, tworzywo PEEK zwiększa możliwości przeniesienia technologii z hal produkcyjnych producentów urządzeń medycznych do laboratoriów w szpitalach i klinikach na całym świecie.

W rzeczywistości placówki medyczne stanowią ogromny nowy rynek druku 3D. Segment opieki zdrowotnej branży druku 3D, który obejmuje farmaceutyki dentystyczne i drukowane w 3D, jest obecnie wyceniany na prawie 3 miliardy dolarów.

Druk 3D w szpitalach

Instytucje, takie jak Mayo Clinic w Minnesocie i szpitale w Wirginii w całym kraju, mają rozbudowane laboratoria druku 3D. Praca tam jest w większości drukowana w 3D pod kątem konkretnego pacjenta modele medyczne, chirurgiczne narzędzia treningowe i ortezy ortopedyczne. Jednak w niezbyt odległej przyszłości szpitale te mogą drukować w 3D implanty dostosowane do potrzeb pacjenta z PEEK do wszystkich rodzajów operacji.

Korzystanie z drukarki 3D i filamentu PEEK przynosi szpitalom długą listę korzyści, a jednocześnie wiąże się z poważnymi przeszkodami. Metoda ta, w porównaniu z tradycyjnymi sposobami wytwarzania urządzeń medycznych, czyli obróbką skrawaniem i formowaniem wtryskowym, może być wykonywana na miejscu w miejscu opieki. Oznacza to szybsze implanty, niższe koszty i ściślejszą koordynację między chirurgiem a technikami produkującymi implant.

Korzystając z danych pacjenta ze skanów i zdjęć rentgenowskich, szpitale mogą wydrukować w 3D niestandardowy implant, który dokładnie pasuje do przestrzeni ubytku.

Badania pokazują, że implanty dopasowane do pacjenta skracają czas operacji, zmniejszają ryzyko infekcji, dają lepsze wyniki i radykalnie skracają czas pobytu w szpitalu. Drukowanie 3D implantów w razie potrzeby zwalnia również szpital z konieczności utrzymywania zapasów drogich implantów pod ręką.

Chociaż na dzień dzisiejszy nie ma wydrukowanych w 3D implantów PEEK produkowanych w szpitalach zatwierdzonych przez FDA, może się to wkrótce zmienić.

Niemiecki start-up specjalizujący się w drukowanych w 3D implantach czaszki PEEK, Kumowisz, mówi, że pokonuje ostatnie przeszkody w procesie zatwierdzania przez FDA.

„Jest wiele emocji związanych z drukowaniem 3D na miejscu w szpitalach i projektami, które napędzają produkcję w punkcie opieki i pokazują, co jest możliwe”, mówi Miriam Haerst, współzałożycielka i współdyrektor generalna Kumovis.

Z siedzibą w Południowej Karolinie Systemy 3D, jeden z najstarszych i największych producentów drukarek 3D na świecie, niedawno ogłosił plany przejęcia firmy Kumovis w celu ekspansji metalowe implanty do implantów PEEK w miejscu opieki.

„W miarę jak technologia [drukowania 3D] staje się coraz bardziej przyjazna dla personelu medycznego, coraz więcej szpitali będzie mogło wdrażać kompleksowe rozwiązania dla spersonalizowanej chirurgii” — mówi Gautam Gupta, wiceprezes i dyrektor generalny działu urządzeń medycznych 3D Systems. „To zakłóci istniejące modele opieki zdrowotnej, poprawi jakość opieki i, co najważniejsze, uratuje więcej istnień ludzkich”.

Przejęcie firmy Kumovis doskonale pasuje do ugruntowanej działalności firmy 3D Systems w zakresie opieki zdrowotnej i dodaje nowy nacisk na decentralizację produkcji implantów medycznych.

„Przeniesienie produkcji do szpitali zmieni zasady gry, jeśli chodzi o dostępność implantów”, mówi Haerst.

Aby szpitale stały się producentami, potrzebna jest jednak kadra techniczna i inżynierska, procesy regulacyjne oraz sprzęt. Może to być zarządzane na miejscu w ramach umowy o współpracy przez obecnych producentów urządzeń medycznych, mówi Haerst.

Tworzywo PEEK kontra tytan dla implantów

PEEK ma aprobatę FDA jako materiał na implanty od lat, gdy jest obrabiany, ale jeszcze nie w przypadku drukowania 3D. Chociaż PEEK jest używany w wielu implantach dostępnych obecnie na rynku, od kręgów po stawy skokowe, PEEK wydrukowany w 3D wciąż musi udowodnić, że ma takie same właściwości przenoszenia ciężaru i zużycia jak frezowany lub formowany PEEK.

Ogólnie rzecz biorąc, ten biokompatybilny materiał ma kilka dostrzegalnych zalet w porównaniu ze stalą nierdzewną i tytanem: jest lekki, przepuszcza ultradźwięki i praktycznie niewidoczny dla tomografii komputerowej i rezonansu magnetycznego, co umożliwia lepsze monitorowanie pooperacyjne.

Z biegiem lat drukowany w 3D tytan zyskał reputację lepszego integrowania kości, a tysiące implantów stawów i kręgosłupa jest co roku drukowanych w 3D przez głównych producentów, takich jak Stryker. Ale PEEK się zmienił, mówi Marc Knebel, szef systemów medycznych w Evonik, która produkuje PEEK do druku 3D oraz formowania wtryskowego i frezowania.

„Dzisiaj PEEK można projektować z dodatkami, aby uzyskać nowe właściwości, takie jak lepsza osteointegracja” – mówi Knebel. „Współpracujemy już z kilkoma szpitalami nad [implantami drukowanymi w 3D]. Pierwsze z nich będą działać w ciągu najbliższych pięciu lat.”

Laboratorium druku 3D znajdujące się obok sali operacyjnej, gotowe do produkcji zindywidualizowanych implantów zaprojektowanych na podstawie danych pacjenta w każdej chwili, jest jeszcze daleko. Pozostają przeszkody regulacyjne, badania kliniczne wciąż trwają, a budowanie poparcia ze strony szpitali zajmie trochę czasu. Jednak to, co widzimy dzisiaj, to innowatorzy stawiający pierwsze kroki.