Jakie wyzwania stoją przed drukiem 3D w medycynie?

0

Zastosowanie druku 3D w medynie pozwala osiągać naprawdę spektakularne efekty. Poprawia komfort i jakość życia pacjentów, kreuje nowe metody leczenia oraz ma bezpośredni wpływ na to, jak wygląda przemysł medyczny. Technologia druku 3D wydaje się być już mocno zadomowiona w medycynie, istnieją jednak obszary, które wymagają szeregu usprawnień, aby uzyskać pełną funkcjonalność.

Wartość rynku druku 3D stosowanego w medycynie ciągle rośnie, co potwierdza raport: „Globalna ocena i prognoza rynku druku 3D w kontekście opieki zdrowotnej”. Według zawartych w nim danych, do 2022 roku wartość branży druku 3D w ujęciu medycznym wrośnie do 3,89 mld $, a składana roczna stopa wzrostu (CAGR – Compound Annual Growth Rate) wyniesie 21,9% w okresie od 2016 do 2022 roku. Przyjrzyjmy się ostatnim dokonaniom, które osiągnięto dzięki tej technologii oraz na to, jak będą one kształtowały tę wciąż zmieniającą się branżę. Jakie wyzwania stoją jeszcze przed naukowcami zajmującymi się drukiem 3D w medycynie?

Embrionalne komórki macierzyste

Naukowcy opracowali sposób, który pozwala na łączenie embrionalnych komórek macierzystych z hydrożelem, co pozwala na tworzenie ciał embrioidalnych. Do niedawna drukowane w 3D komórki macierzyste składały się raptem z jednej warstwy, obecnie możliwe jest otrzymanie sześciowarstwowej struktury przypominającej siatkę. Bioprinting 3D zachwyca swoimi możliwościami już teraz, jednak nie jest to jeszcze ich szczyt. Istotne znaczenie będzie miało udoskonalanie drukowanych w 3D wkładek, pobudzających rozwój tkanek i organów, co pozwala na szybsze gojenie i leczenie.

embrio

Naczynia krwionośne

Jednym z wyzwań stojących przed tą technologią jest wyprodukowanie naczyń krwionośnych, które będą w stanie transportować tlen do wydrukowanych w 3D komórek macierzystych. Tkanka o grubości powyżej 200 mikrometrów potrzebuje do przeżycia O2. Rozwiązaniem jest stworzenie drukarki 3D, która jest w stanie wydrukować żyły. Pozwala ona na skonstruowanie sieci żył, która jest w stanie transportować krew do żywych tkanek.

Twórcą pierwszej drukarki 3D tego typu była chińska firma Revotek. Maszyna jest wyposażona w dwie głowice, które są w stanie wydrukować biokompatybilne tkanki w kształcie naczyń krwionośnych. Jak deklaruje producent, sprzęt ten wytwarza dziesięciocentymetrową rurkę w ciągu zaledwie dwóch minut. W najbliższych latach można spodziewać się produkcji większej liczby urządzeń służących do tego celu oraz przełomu w druku 3D żywych organów.

„Żywe” organy

Druk 3D tkanek tworzących takie organy jak ucho czy nos nie stanowi niespodzianki dla osób zainteresowanych tym tematem, naukowcy pracują jednak nad wydrukiem bardziej skomplikowanych, w pełni funkcjonalnych narządów. Druk 3D w medycynie wejdzie na zupełne inny poziom w momencie, gdy zrobi się użytek z udoskonalonych komórek macierzystych oraz naczyń krwionośnych opracowanych dzięki tej technologii. Pozwoli to na wytwarzanie „żywych” organów, które będą działały jak te w ludzkim organizmie. Osiągnięcia te poszerzą możliwości przeprowadzania przeszczepów.

ucho

Syntetyczna skóra

L’Oreal oraz Organovo opracowują próbki syntetycznej skórę przy użyciu druku 3D. Stosowana przez firmy platforma do bioprintingu pozwala na odizolowanie komórek skóry oraz ich powielanie. Przed użyciem ich w drukarce 3D, są przetrzymywane w specjalnej mieszaninie składającej się z tlenu i środków odżywczych. Następnie skóra może być drukowana w 3D w sposób przypominający tradycyjne metody, czyli warstwa po warstwie.

Printer-skin — kopia

Drukarka 3D Novogen MMX Bioprinter firmy Organovo, źródło: http://www.wired.com/

Dzięki pracy badaczy koszt wytworzenia syntetycznej skóry spadnie, jednak dzięki tej metodzie można będzie liczyć na wyższą jakość wytwarzanej tkanki.  Taki produkt stanowiłby doskonałą bazę do testów kosmetyków na ludzkim ciele. Gdyby druk 3D skóry stał się zjawiskiem powszechnym, pozwoliłoby to na całkowite wyeliminowanie testowania środków chemicznych na ludziach i zwierzętach.

Spersonalizowane leki

W sierpniu 2015 r. Amerykańska Agencja Żywności i Leków (FDA – Food and Drug Administration) wydała oficjalne pozwolenie na dystrybucję spritamu – środka przeciwko epilepsji w formie wydrukowanych w 3D pigułek produkcji pensylwańskiej firmy Aprecia Pharmaceuticalis. Jego sprzedaż zaczęła się rok później. Technologia ta nie jest jeszcze bardzo rozwinięta, jasne jest jednak, że jest to obszar, w który będą inwestowały koncerny farmaceutyczne. Aprecia Pharmaceuticalis przewiduje trzy kolejne projekty.

Technologia ta pomoże w wytwarzaniu tak zwanych „leków szytych na miarę”, biorąc pod uwagę potrzeby pacjentów oraz czynniki biologiczne, takie jak: waga, wzrost, rasa, funkcjonowanie wątroby i nerek. Pozwoli to na produkcję leków o dopasowanej dawce substancji czynnych i eliminację efektów ubocznych oraz problemów z przełykaniem tabletek. Wysoce prawdopodobne jest, że szpitale będą zamawiały tego rodzaju preparaty, niemniej jednak długo pozostanie to zjawiskiem niszowym.

Druk 3D leków omówiłam bardzo dokładnie w jednym z moich ostatnich artykułów.

Kości i chrząstki

Rekonwalescencja po złamaniu kości zajmuje w niektórych przypadkach bardzo dużo czasu. Firmy medyczne wychodzą takim pacjentom naprzeciw i tworzą implanty z wytrzymałych materiałów takich jak tytan czy PEEK. Technologia, która może pomóc w leczeniu złamań, to druk 3D kości z fosforanu wapnia, który jest naturalnym komponentem kości. Jego zastosowanie może zredukować możliwość wystąpienia infekcji lub odrzucenia implantu.

Wykorzystywanie polimerów pozwoli na tworzenie protez kości, chrzęści czy stawów o zupełnie innej jakości. Ponadto, podczas badań wydrukowanych w 3D komórek chrzęstnych okazało się, że są one w stanie wytworzyć o wiele większą tkankę, niż zakładano na początku, co przełoży się na dostępność produktów medycznych dostępnych na rynku.

Użycie druku 3D w medycynie i stomatologii ułatwia pracę lekarzy oraz zwiększa komfort życia pacjentów. Pozwala na przeprowadzenie skomplikowanych operacji, które przy użyciu tradycyjnych metod, byłyby skazane na niepowodzenie. Przyszłość tej technologii w branży medycznej dotyczy przede wszystkim rynku farmaceutycznego, ulepszania implantów oraz wydruku 3D żywych komórek i organów. Prognozy związane z wzrostem wartości przemysłu medycznego w ujęciu technologii przyrostowych są jak najbardziej słuszne, a my już wkrótce staniemy się świadkami zarówno rozwoju niesamowitej technologii, jak i dynamicznego wzrostu jej wartości na rynku.

Źródło: www.fabbaloo.com
Udostępnij.

O autorze

Paulina Winczewska

Germanistka, pasjonatka nawet najdziwniejszych i najtrudniejszych języków obcych oraz podróży i eksperymentów kulinarnych. Tłumaczka, która nie boi się nowych technologii i gadżetów. Wolny czas spędza zazwyczaj na pływalni.