3D-печать в медицине: импланты, протезы и биопечать

Медицина — одна из областей, где 3D-печать изменила практику сильнее всего. Каждый пациент уникален, а печать как раз умеет делать единичные изделия под конкретного человека — быстро и без дорогой оснастки. Рассказываем, где напечатанные изделия уже стали нормой, а где пока остаются экспериментом.

Самое массовое и наименее заметное применение — модели органов для планирования операций. По данным КТ или МРТ строят 3D-модель конкретного пациента и печатают её: сердце с пороком, череп с переломом, печень с опухолью. Хирург держит в руках точную копию, заранее продумывает доступ, подбирает пластины и тренируется. Это сокращает время операции и снижает риски, особенно в детской кардиохирургии и челюстно-лицевой хирургии.

Для таких моделей используют фотополимеры, в том числе прозрачные и многоцветные, чтобы были видны сосуды и опухоль внутри органа.

Металлическая печать титаном позволила делать импланты точно по анатомии пациента: пластины для черепа, эндопротезы суставов, вертебральные кейджи для позвоночника. Важное свойство печати — возможность делать пористую решётчатую поверхность, в которую врастает костная ткань. Литьём или фрезеровкой такую структуру не получить.

Напечатанные титановые импланты применяются в клиниках разных стран, в том числе в России. Каждый такой имплант проходит регистрацию как медицинское изделие — это не «домашняя» печать, а производство с жёстким контролем качества.

Детям с отсутствием кисти протез нужно менять каждый год-два: ребёнок растёт. Классический протез стоит дорого, а напечатанный механический — в разы дешевле, и его легко перепечатать под новый размер. Волонтёрское сообщество e-NABLE с 2013 года распространяет открытые модели протезов кисти, которые печатают тысячи волонтёров по всему миру.

Ортезы, корсеты и стельки по скану тела — ещё одна область, где печать вытесняет ручную формовку гипса и пластика. Скан занимает минуты, а изделие получается лёгким, вентилируемым и точно повторяет форму.

Зубные техники одними из первых массово перешли на 3D-печать. По внутриротовому скану печатают модели челюстей, хирургические шаблоны для установки имплантов, каппы, временные коронки, а также модели под литьё металлических каркасов. Стоматологические фотополимерные принтеры стали стандартным оборудованием лабораторий.

В 2015 году FDA одобрило первый препарат, произведённый 3D-печатью, — противоэпилептический Spritam компании Aprecia. Порошок склеивают связующим слой за слоем, и таблетка получается очень пористой: она растворяется во рту от глотка воды, даже при большой дозе действующего вещества. Это важно для пациентов, которым трудно глотать. Исследователи также работают над печатью таблеток с индивидуальной дозировкой и сочетанием нескольких препаратов.

Самое громкое направление — биопечать. Вместо пластика принтер наносит «биочернила» — гель с живыми клетками. Уже печатают фрагменты кожи, хрящей и тканей для исследований и тестирования лекарств. Эксперименты с биопечатью ведутся и на МКС: в невесомости мягкие ткани не оседают под собственным весом.

Напечатанные полноценные органы для пересадки — дело будущего. Главная трудность — сосуды: без сети капилляров толстая ткань погибает. Учёные понемногу решают эту задачу, но до клиник ещё далеко.

Медицинские изделия, которые контактируют с телом пациента, — зона регистрации и сертификации. Но учебные анатомические модели, макеты для обучения студентов и презентаций, держатели и вспомогательные приспособления для клиник печатаются на обычном оборудовании из PLA, PETG и фотополимеров.