Drukowana przyszłość leczenia

Drukowanie przestrzenne, znane również jako druk 3D, czy też druk trójwymiarowy, jest jedną z najbardziej innowacyjnych metod wytwarzania przeróżnych obiektów. Proces przestrzennego drukowania jest jedną z metod budowania trójwymiarowych obiektów fizycznych, na podstawie komputerowego modelu, gdzie za budulec może służyć cały szereg różnych materiałów – polimery, kompozyty (np. połączenie plastiku i drewna), żywice, gumy, metale, piasek, beton, a nawet ludzkie komórki. Metoda druku 3D ma niemalże nieograniczony potencjał, jak chodzi o możliwości zastosowania w różnych dziedzinach – pierwotnie służyła to wytwarzania prototypów, czy też form do produkcji, jednak z powodzeniem stosuje się ją również, aby tworzyć skomplikowane kształty do użytku w budownictwie, architekturze, motoryzacji, przemyśle zbrojeniowym. Potencjał druku 3D dostrzeżono również w kontekście wykorzystania w medycynie [1].

Historia drukowania 3D jest dłuższa niż wiele osób może sądzić – metoda zdobyła rozgłos stosunkowo niedawno (szczyt zainteresowania przypadł na lata 2013 – 2015), w związku z czym, w dalszym ciągu, wymienia się ją w kontekście nowinek technologicznych. Pierwsze prace koncepcyjne nad tym, co dziś znamy jako druk 3D, miały miejsce na początku lat 70. ubiegłego wieku, kiedy francuski konstruktor, Pierre Ciraud, przedstawił sposób wytwarzania przedmiotów, oparty o dodawanie kolejnych warstw materiału w postaci proszku, który był następnie utwardzany za pomocą źródła energii (np. lasera) – technika jest znana dziś jako selective laser sintering (SLS). Jako ojca technologii drukowania przestrzennego uznaje się natomiast Charlesa Hulla – autora patentu (1984 rok) i twórcę pierwszej oficjalnej metody trójwymiarowego drukowania – stereolitografii (SLA). W roku 1988 na rynek trafiła pierwsza, komercyjnie dostępna drukarka 3D [2, 3].

Pierwsze prace nad zastosowaniem druku 3D w medycynie, prowadzone były na Harvard Medical School, przez badaczy związanych z Boston’s Children Hospital. Naukowcy i lekarze stworzyli zamienniki pęcherza moczowego, korzystając z podłoży z kolagenu oraz polimeru syntetycznego. Na wspomnianych podłożach hodowano komórki pacjentów, tak aby otrzymać gotowy narząd. Takie sztucznie wytworzone pęcherze moczowe wszczepiono siedmiu pacjentom – i jak się okazało, po siedmiu latach od zabiegu, dalej cieszyli się oni dobrym zdrowiem. Jeden z zaangażowanych badaczy, Anthony Atala, postanowił kontynuować prace w tej dziedzinie, w związku z czym przeszedł do instytutu badawczego Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, gdzie dalej prowadził badania nad zastosowaniem druku 3D w konstrukcji podłoży do hodowania ludzkich narządów. Kolejne lata przyniosły ogromne postępy – druk 3D zastosowano w ortopedii, protetyce, do wytwarzania modeli naukowych, aż po produkcję narządów, gdzie drukarka jako tuszu używa żywych komórek [4].

Jeden ze spektakularnych przykładów zastosowania druku 3D w medycynie miał miejsce w Polsce. Pracujący na maszynie do cięcia kostki brukowej, 33–letni mężczyzna z Gliwic doznał bardzo ciężkich obrażeń podczas wypadku podczas pracy – urządzenie pozbawiło go większości twarzy, powodując bezpośrednie zagrożenie życia. Zajmująca się drukiem 3D, katowicka firma n-LAB, wykonała przestrzenne modele fragmentów twarzy mężczyzny, które w ogromnym stopniu pomogły chirurgom w zaplanowaniu i przeprowadzeniu zabiegu przeszczepu skóry [5].

Znakomite przykłady zastosowania druku 3D w lecznictwie pochodzą z całego świata. Zaledwie 17–letni Amerykański konstruktor ze stanu Colorado, stworzył zaawansowaną protezę ręki, która dzięki odczytowi fal mózgowych mogła być kontrolowana przez pacjenta. Rozgłos zdobył bardzo ciekawy projekt drukowanego w 3D opatrunku unieruchamiającego złamaną rękę, który był równie wytrzymały co tradycyjny gips, jednak okazał się być znacznie lżejszy i bardziej higieniczny. Również w Stanach Zjednoczonych przeprowadzono nowatorski wszczep, drukowanego 3D, implantu czaszki, który obejmował blisko 75% całej jej powierzchni [5].

O postępie drukowania 3D w medycynie, świadczy również przyznanie aprobaty przez FDA dla drukowanych trójwymiarowo tabletek zawierających lek przeciwpadaczkowy – lewetyracetam. Taki sposób tworzenia leków ma wiele zalet – drukowanie tabletek dla konkretnego pacjenta daje możliwość dobrania dokładnej dawki substancji czynnych, której potrzebuje dany chory, można również łatwo modyfikować skład tabletek, w sytuacji, gdy należy włączyć do terapii, lub wymienić którąś z substancji pomocniczych. Drukowanie tabletek na zamówienie również może zmniejszać koszty terapii – tańsze będzie wytworzenie konkretnej, wymaganej ilości leku, zamiast całej partii [1].

Druk 3D jest jedną z bardzo ważnych nowych technologii, działających w służbie medycyny. Dzięki temu, że możliwości tej techniki w zakresie wytwarzania są niemalże nieograniczone, wydaje się, że liczbę możliwych jej zastosowań w lecznictwie wyznacza jedynie wyobraźnia konstruktorów. Kto wie, może już niedługo powszechne będzie drukowanie części zamiennych dla ludzi?


Źródła:


Autor: Michał Gołąbek, ExecMind – International Executive Search

Michał Gołąbek jest absolwentem Inżynierii Biomedycznej na AGH, w specjalności bionanotechnologie, kontynuował również edukację na studiach podyplomowych z Biologii Molekularnej na Uniwersytecie Jagiellońskim. Obecnie pracuje w firmie ExecMind, gdzie zajmuje się łączeniem czołowych talentów naukowych, z całego świata, z możliwościami rozwoju w sektorze Life Science i technologii medycznych, a także analizą rynku biotechnologicznego.

Artykuł przygotowany w ramach projektów BLOOM i Inicjatywa Awangarda

BloomAwangarda

PODZIEL SIĘ