Надрукувати майбутнє

Технологія виготовлення тривимірних об’єктів на основі використання цифрових даних була винайдена і запатентована ще у 1980-х роках. Та тільки на зламі тисячоліть 3D-принтинг почали активно застосовувати в медицині – і сьогодні є всі підстави називати новітні технології по-справжньому революційними.

Міцна підтримка

Найшвидшими темпами 3D-технології стали поширюватися там, де потрібні допоміжні вироби з твердих матеріалів. Це стоматологія – так, ще 1999 року вперше було надруковано капи для вирівнювання зубів, а вже сьогодні існують лабораторії, в яких 3D-принтери, після того як буде проведено повну діагностику, відразу готові до створення різноманітних конструкцій, від вінірів до імплантів. Точність комп’ютерного прорахунку та можливість втілити складну тривимірну модель підносять на новий рівень протезування – і цілком імовірно, вже найближчим часом зроблять його принципово дешевшим, ніж це було раніше. У хірургії, особливо тоді, коли йдеться про втрачені фрагменти кісткової тканини, застосовується виготовлення індивідуальних імплантів. Частина із застосовуваних матеріалів має таку структуру, що завдяки їй стає «основою» для стовбурових клітин, які згодом можуть перетворитися на справжню кістку.

Людина з-під принтера?

Біодрук – створення тривимірних моделей із клітин, є наступним кроком до медицини майбутнього. Новини вже рясніють повідомленнями про спроби створювати за допомогою 3D-друку тканини та органи, що наближаються за функціональністю до справжніх – від порівняно «простих» утворень, таких як штучні замінники шкіри чи судин, аж до прототипів серця, щитовидки, нирок, печінки. 

Далі – більше: в Ізраїлі було змодельоване серце з природною архітектурою (!), проте у мініваріанті. І якщо до пересадки штучно створених органів залишається ще щонайменше десятиріччя, органоїди вже сьогодні можуть успішно використовуватися для досліджень, зокрема – фармакологічних.

Індивідуальна фармакологія

Принципово нові перспективи відкриває 3D-принтинг і для фармгалузі. Першим лікарським препаратом, створеним завдяки таким технологіям та затвердженим FDA, став у 2015 році Spritam – об’єднання 3D-друку з жорстко прописаними способами лікування епілепсії дозволило вдовольнити потреби пацієнтів, які раніше мали труднощі з прийомом медикаментів. Друк таблеток ще зарано розглядати як альтернативу масовому виробництву, проте в майбутньому, припускають, саме ця технологія дасть можливість перейти до персоналізованої медицини. Ймовірно, препарати з чітко визначеною кількістю потрібних речовин роздруковуватимуться прямо біля ліжка хворого; або ж пацієнт, звертаючись до онлайн аптеки, замовлятиме необхідні «хімічні чорнила», з яких принтер, спроможний збирати хімічні речовини на молекулярному рівні, створюватиме лікарські препарати.

Відновлюючи рухливість

Ортопедія належить до напрямів, в яких активно використовуються 3D-технології. Які переваги вони дають і як know-how створюються в Україні – розповідає провідний фахівець з ендопротезування.

Моделі з пластику: точне відображення

На основі даних комп’ютерної томографії та інших методів дослідження створюється віртуальна модель коліна, плеча – будь-якої частини тіла, яка наразі цікавить хірургів. Такі моделі знаходять широке застосування. Колись, як ми вперше попросили санітарку принести «отой білий таз», вона розгублено притягла пластмасову ємність... Нині жарт про «білий тазик» звучить повсякчас, адже використання 3D-моделей під час операцій та підготовки до них стало звичним.

У складних випадках

Переваги, які дає використання таких моделей, добре ілюструють конкретні приклади.

•  Захист судин. 3D-модель, створена на основі даних КТ, чітко унаочнює, де проходять вени і артерії та як вони розташовані стосовно кісткової тканини. Наскільки це важливо, видно на прикладі однієї пацієнтки. Після грубо проведеної в дитинстві операції судини буквально приросли до кістки, тоді як у нормі вони мали б проходити на відстані кількох сантиметрів. Якби ми пішли на втручання, не маючи перед очима 3D-моделі, вена з великим ступенем імовірності була б пошкоджена. Однак завдяки тому, що ми чітко бачили, як діяти в складній ситуації, операція пройшла з мінімальними крововтратами, і нині молода пацієнтка може танцювати!
•  Убезпечення нервів. Know-how нашої клініки – розробка, яка дає можливість візуалізувати нерви, використовуючи дані МРТ. У певних випадках визначити, де проходять нерви, є надважливим. Так, до клініки звертався пацієнт, у якого після тяжкої травми розвинулася гетеротопічна осифікація, тобто надмірне розростання кісткової тканини. Для того щоб повернути суглобу рухливість, потрібно було видалити величезні закостенілі нашарування. Ця операція пройшла з ускладненням – не маючи можливості зазирнути всередину кісткових новоутворень, хірурги пересікли нерв. У такої помилки є виправдання: ніде в науковій літературі немає навіть згадки про те, що нерв міг би так врости в кісткову тканину. Нейрохірурги, котрі негайно прийшли на допомогу і провели складну пластику нерва, також підтвердили: вони вперше бачать щось подібне. Та попри певні негативні наслідки, пацієнт повернувся знову, щоб прооперувати другий суглоб. Він переконався в тому, що його ситуація була дійсно непередбачуваною і вирішив звернутися до тих, хто вже знайомий з проблемою. Для цього випадку було також створено 3D-модель. Отримавши можливість чітко бачити, де проходить нерв, ми провели операцію разом з нейрохірургами. Вони вивільнили нерв, а ми в цей час видалили зайві кісткові нашарування і встановили протез. Втручання було успішним. А технологія візуалізації, здійснювана на основі МРТ, була запатентована.

Операції без операцій

Окрім того, що моделювання органів конкретної людини дозволяє здійснювати набагато точнішу діагностику, хірурги мають можливість потренуватися перед відповідальним втручанням. Для цього замовляють такі моделі, в яких щільність пластику відповідає щільності кістки, і їх можна свердлити та пиляти, точно відпрацьовуючи необхідні рухи. Так можна розробити план майбутньої операції і перевірити його на реальній моделі.

Мінімальна травматизація

Допоміжними моделі стають і в ході реальних операцій – вони чітко визначають навігацію. Бачити повну картину через невеличкий хірургічний розріз неможливо, а коли перед очима є тривимірна модель, розраховувати дії можна набагато точніше, ніж тримаючи діагностичні дані в голові. Це дуже доречно, коли потрібно зняти фіксатори, зарослі кістковою тканиною, або ж синтезувати складний перелам. Прицільність маніпуляцій зводить до мінімуму травматизацію тканин, сприяє зменшенню крововтрати, скорочує час операції.

Створення безпечних фіксаторів

3D-принтинг незамінний і при розробці конструкцій для з’єднання кісток. Пластина створена таким чином, щоб отвір у ній не був розташований у небезпечній близькості до судини, а довжина шурупів є чітко визначеною. Для моделювання таких конструкцій ми запропонували термін SNAP – Screw Navigation Arhitectonic Plan (план, що описує оптимальний спосіб та місце закріплення шурупів). Таке індивідуальне планування забезпечує не тільки надійність, а й безпечність фіксації. Зважаючи на те, що всередині таза проходить безліч судин, зачепивши які можна отримати смертельну кровотечу, до назви SNAP варто було б ще додати Safety – «безпечний».

Розробка індивідуальних протезів

На сьогодні вершиною можливостей 3D-принтингу в ортопедії є створення протезів з урахуванням потреб конкретного пацієнта. Зазвичай потреба в індивідуальних штучних суглобах виникає на тлі наслідків, спричинених давно встановленими протезами. Якщо вони з якихось причин розхиталися, навколо виникають дефекти кісткової тканини, які неможливо заповнити стандартними півсферичними конструкціями. Хоч би який з наявних протезів ми взяли, він виявлявся замалим або ж непідходящої форми. До 2016 року ми мусили відмовляти пацієнтам з такими проблемами. Тепер же, використовуючи пластикову модель, ми можемо розробити індивідуальний протез, який згодом буде надрукований з титану. І напевне, це не межа можливостей 3D-принтингу. Аутобіопринтинг – друк тканин чи органів, вирощених із власних стовбурових клітин пацієнта, відкриватиме нові перспективи в усіх галузях хірургії – імовірно, ми зможемо не тільки відновлювати втрачені фрагменти кісток, а й «відрощувати», неначе ящірка хвіст, втрачені кінцівки.

На допомогу лікарям

Про можливі напрями співпраці з медичною спільнотою розповідає фахівець компанії, яка спеціалізується на постачанні техніки та реалізації конкретних проектів з 3D-принтингу.

Сьогодні технології 3D-друку – у тому числі в медицині – стрімко розвиваються. Можливості, що їх лікарі й пацієнти отримують завдяки вдосконаленню 3D-технологій, справді вражають – зокрема, коли йдеться про спрощення методів дослідження та більш ретельне планування операцій. Для того щоб бути у курсі нових рішень і нових сфер застосування, фахівці цього напряму повсякчас придивляються до нововведень виробників-партнерів, беруть участь у самітах і тематичних виставках. А щодо реалізації конкретних проектів, то тут, звісно, початковий запит надходить від клієнта. Та оскільки замовникові не завжди відомі всі можливості 3D-друку, наше завдання – подати пропозиції про те, як покращити проект з технологічної точки зору.

Без зайвих операцій

Серед прикладів нашої співпраці з медиками – проект, що розпочався за запитом лікаря, який спеціалізувався на травмах таза. Він озвучив ідею, почуту від західних фахівців: за МРТ пацієнта ми зробили точну 3D-модель скелета та пошкоджених кісток. 

Після віртуального відновлення положення кісток ми моделювали індивідуальний імплантат за описом лікаря. Після того, як макет імплантату був надрукований з пластику, його також «приміряли» до макета кісток. Потім модель імплантату передали на друк з титану. Це вже був готовий до встановлення фрагмент. Таким чином лікарі були готові до імплантації без двох планових попередніх операцій (для замірів та для примірки). Загалом уже було проведено більш як 10 таких операцій.

Уточнення ймовірних ситуацій

Є ще один цікавий проект, що стосується ендоваскулярної хірургії – така ідея дуже популярна в західний медицині. Задум полягає у створенні макетів судин з аневризмами для тестування та планування операцій з їх видалення. Вже було виготовлено понад 30 зразків судин з аневризмами. Планується виготовлення спеціального універсального стенда для тестування різних фрагментів судин з прозорого матеріалу, схожого на силікон.