Rozwój technologii addytywnych w kontekście zastosowań medycznych przyjął w tym roku prawdziwie dynamiczne tempo. Duże zainteresowanie drukiem 3D w branży medycznej przyniosło wiele innowacyjnych rozwiązań mogących stanowić swego rodzaju rewolucję w naukach o zdrowiu.
Druk 3D w medycynie przyjął tak liczne i odmienne drogi rozwoju, że nie sposób porównywać ich ze sobą w kontekście rankingu. Sprawę pogarsza fakt, że o faktycznej przydatności wynalazków i znaczeniu wydarzeń przekonamy się dopiero w ciągu kilku lat wraz z upowszechnieniem nowych metod i przeprowadzeniem większej liczby badań.
5. Jan Witowski i modele przedoperacyjne w wersji budżetowej
Wszelkie modele anatomiczne i przedoperacyjne są zdecydowanie najbardziej medialnym pokazem możliwości technologii addytywnych w medycynie. Jednocześnie, to zastosowanie jest jak najbardziej namacalne – z drukarek 3D do tworzenia prostych modeli pomagających zaplanować leczenie korzystają już niektóre polskie oddziały szpitalne. Są pomocne nie tylko w planowaniu operacji – ich użycie zmniejsza liczbę i trudność ewentualnych powikłań oraz pozwala na dokładniejsze wyjaśnienie pacjentowi istoty jego choroby czy przebiegu zabiegu.
Jan Witowski, student kierunku lekarskiego Uniwersytetu Jagiellońskiego, zasłynął stworzonym przez siebie niedrogim modelem wątroby z guzem nowotworowym. Wątroba powstała z połączenia druku 3D z odlewnictwem: naczynia tętnicze, żylne, guz nowotworowy oraz forma odlewnicza powstały na dekstopowej drukarce 3D, zaś przejrzysty miąższ wątroby został odlany z silikonu. Redukcja kosztów produkcji nie wpłynęła w znaczący sposób na ogólną przydatność i jakość modelu względem droższych metod wytwarzania.
Z modelu skorzystali chirurdzy Szpitala Uniwersyteckiego w Krakowie, doceniając jego pomoc w planowaniu operacji laparoskopowej u właściciela tejże zmienionej nowotworowo wątroby. O niedrogim modelu przedoperacyjnym było głośno w całej Polsce – stał się obiektem zainteresowania chirurgów zarówno polskich, jak i zagranicznych.
4. Implanty kostne drukowane śródoperacyjnie
Biodruk 3D jest coraz częściej doceniany, jeśli chodzi o tworzenie spersonalizowanych implantów uzupełniających ubytki kostne, bądź łączących ze sobą odłamy kości. Implanty muszą cechować się wytrzymałością podobną do naturalnej tkanki, nie powodując jednocześnie negatywnej odpowiedzi immunologicznej organizmu. W tym roku nastąpił prawdziwy wysyp nowych materiałów: od neutralnych dla organizmu metali, przez substancje o właściwościach bakteriostatycznych, po związki całkowicie wchłanialne i integrujące się z kośćcem pacjenta. Mowa tutaj o tantalu, PEEK, PEKK, związkach mineralnych, bioceramice i innych. Które materiały wejdą na sale operacyjne, a które przejdą do historii? Dowiemy się w przyszłości.
Tym, co wydaje się mieć największe znaczenie jest jednak nie nowy materiał, ale wprowadzenie drukarki 3D w bezpośrednie sąsiedztwo sali operacyjnej. Rozpoczęty w tym roku w Australii projekt „Just in time implants” zrzeszający naukowców i lekarzy, finansowany przez firmę Stryker, ma za zadanie przez najbliższych pięć lat testować implanty tworzone śródoperacyjnie. Obejmuje też edukację specjalistów z zakresu robotyki medycznej i medycznych zastosowań technologii addytywnych.
Podczas gdy w jednej sali operowany jest pacjent, a chirurdzy wycinają fragment kości, w drugim pomieszczeniu wycięta masa jest skanowana. Na podstawie danych ze skanera 3D oraz wcześniejszych badań obrazowych przygotowywany jest model implantu, który ma wypełniać powstały ubytek kostny. Zostaje on następnie wydrukowany 3D na obecnym w szpitalu sprzęcie. Gotowy wydruk wędruje do sali operacyjnej, a oczekujący chirurdzy mogą go wszczepić. Według projektu, drukowane endoprotezy ma wyróżniać siatkowata budowa, umożliwiająca wrośnięcie w nią prawidłowej tkanki kostnej – prowadzone będą również badania nad nowymi materiałami.
Zastosowanie takiego stworzonego śródoperacyjnie implantu oszczędza pacjentowi problemów związanych ze standardowymi endoprotezami, a nawet – w ekstremalnych sytuacjach konieczną – amputacją kończyny. W wypadku guzów nowotworowych możliwe będzie zachowanie bezpiecznego marginesu cięcia. Wszystko to bez potrzeby reoperacji i zmniejszonym ryzyku powikłań.
3. Biodruk 3D tkanek miękkich z funkcjonującymi naczyniami krwionośnymi
W roku 2017 miały miejsce bardzo liczne próby wykorzystania biodruku 3D do odtwarzania tkanek miękkich, w tym struktur wątroby czy guzów nowotworowych. Biodrukowane tkanki w badaniach nad nowymi lekami mają być pewnego rodzaju ogniwem łączącym badania na komórkach zawieszonych w pożywce in vitro z działaniem substancji na cały narząd. Jednak wydrukowane rusztowanie i naniesione na nie komórki to za mało. Potrzebne są jeszcze w pełni funkcjonalne naczynia krwionośne.Chociaż badania nad systemami kanalików w biodrukowanych tkankach trwały już od kilku lat, praca międzynarodowej grupy naukowców udowodniła, że możliwe jest stworzenie fragmentu wątroby z niemalże w pełni funkcjonującymi naczyniami krwionośnymi. Kanaliki zostały z powodzeniem obsadzone komórkami śródbłonkowymi, jak w prawdziwym naczyniu, a między komórkami śródbłonka i hepatocytami zachodziła wymiana substancji: zarówno odżywczych jaki i produktów przemiany materii oraz leków.
Choć sztucznie stworzona unaczyniona wątroba to mały krok dla druku 3D samego w sobie, zdecydowanie jest to duży krok jeśli chodzi o badania nad farmaceutykami. Docelowo, w niedalekiej przyszłości realne może być pobranie od pacjenta komórek (zarówno chorych, jak i zdrowych, pochodzących z innych niż wątroba narządów) i stworzenie z nich scaffoldów pozwalających na dobranie spersonalizowanego leczenia.
2. Bakteryjne tatuaże diagnostyczne
Wiele wysiłku wkłada się w ulepszanie diagnostyki – nie tylko, by wykrywała nowe choroby, czy cechowała się jeszcze wyższą czułością i swoistością. Dużą popularnością cieszy się rozwój metod jak najmniej inwazyjnych i jak najprostszych w użyciu, co ma szczególnie duże znaczenie w przypadku osób z chorobami przewlekłymi wymagającymi bardzo częstych kontroli, niejednokrotnie wykonywanych samodzielnie, jak glikemia w cukrzycy.
Naukowcom z MIT udało się stworzyć czujnik biologiczny w formie tatuażu zmieniającego kolor pod wpływem bodźców. Hydrożelowy biotusz zawiera w sobie genetycznie zmodyfikowane bakterie zdolne do reagowania na zmieniające się w swoim otoczeniu stężenia wybranych substancji. Wykrycie konkretnych związków skutkuje widoczną zmianą koloru tuszu, docelowo barwa będzie ściśle połączona z konkretnymi stężeniami. Tatuaż zachowuje swoje właściwości podczas zginania, rozciągania i skręcania.
Wszystko to powoduje, że wynalazek ma szansę stać się świetnym narzędziem do monitorowania wybranych parametrów w czasie rzeczywistym. Ponadto, jak wskazują twórcy projektu, bakterie w biotuszu mogą zostać zmodyfikowane do wydzielania substancji takich jak leki, a nawet samodzielnej produkcji np. glukozy.
Regulacje prawne jak zwykle nie nadążają za postępem. Chociaż druk 3D stał się tak popularny w szeroko pojętej medycynie, nie należy zapominać, że każda rzecz mająca kontakt ze środowiskiem wewnętrznym człowieka musi spełniać szereg ogólnie przyjętych norm i posiadać niezbędne certyfikaty. Technologie addytywne, jako technologie stosunkowo młode, cechuje nie do końca uregulowany status prawny, co utrudnia zdobycie certyfikatów i dopuszczenie produktów do użytku.
Przychodzi jednak czas, gdy i druk 3D doczeka się regulacji prawnych. FDA (Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków) wydała dokument stanowiący wstępną analizę technologii i dostępnych materiałów. Nie ma on jeszcze ostatecznego charakteru i jest raczej zbiorem sugestii dla producentów urządzeń medycznych. Poruszone zostały w nim takie tematy, jak projektowanie, dobór materiału, testowanie pod względem funkcjonalność i trwałości, jak i ostateczna jakość produktu, z uwzględnieniem również sprzętów całkowicie spersonalizowanych.
Bardzo szybki rozwój technologii nie ułatwia opiniowania i uregulowania prawnego. Jednak ta wstępna ogólna analiza przygotowana przez FDA stanowi już podstawę niezbędną do ustalenia jednolitych regulacji.
Grafika przewodnia: Photo on Foter.com
