Een revolutie in de geneeskunde:de impact van 3D-printen op de gezondheidszorg

3D-printen, technisch beter bekend als additive manufacturing, is niet zo nieuw als mensen denken. Het dateert uit de jaren tachtig, maar is de afgelopen jaren een populaire productiemethode geworden voor veel Xometry-klanten, waaronder klanten in de lucht- en ruimtevaart, de automobielsector, de architectuur, het onderwijs, de sieraden en de kunst. In de geneeskunde en de gezondheidszorg wordt het op indrukwekkende wijze gebruikt voor het maken van protheses, medische apparatuur en zelfs vervangingsorganen. Hoewel Xometry (nog?) geen organen on-demand in 3D heeft geprint, zijn er tal van andere toepassingen op dit gebied waar we samen met onze klanten in de medische sector en de gezondheidszorg aan hebben gewerkt.

In dit artikel bespreken we alles wat er te weten valt over 3D-printen in de medische sector en de gezondheidszorg.

Wat is geneeskunde en gezondheidszorg?

Laten we eerst kort bespreken wat we precies bedoelen met geneeskunde en gezondheidszorg. Dit zijn overkoepelende termen die verwijzen naar alle praktijken en procedures die betrokken zijn bij de preventie, behandeling, verlichting en genezing van ziekten, verwondingen en andere medische aandoeningen, zowel fysiek als mentaal.

‘Geneeskunde’ wordt gebruikt om aspecten te beschrijven waarmee artsen en medische professionals te maken krijgen, zoals het voorschrijven van daadwerkelijke medicijnen, het behandelen van patiënten, het uitvoeren van operaties en psychiatrische diensten. 'Gezondheidszorg' is een bredere term die zowel de geneeskunde als ondersteunende diensten omvat, zoals apothekers, therapeuten en zelfs degenen die medische apparatuur ontwerpen en maken.

Hoe 3D-printtechnologie de geneeskunde en de gezondheidszorg helpt?

Traditionele productie in de gezondheidszorg brengt veel handarbeid met zich mee om medische apparatuur helemaal opnieuw te maken. Het proces neemt de grondstoffen en verwijdert secties via slijpen, snijden en machinaal bewerken totdat het eindproduct is gemaakt. 3D-printen heeft het proces eenvoudiger, veel minder arbeidsintensief en soms sneller en goedkoper gemaakt. 

Bij 3D-printen wordt geen stuk materiaal gevormd om de producten te maken, maar worden ze laag voor laag opgebouwd met behulp van filamenten, harsen of gesmolten poeders. De ontwerpen van het product worden doorgaans gemaakt met behulp van computerondersteunde ontwerpsoftware (CAD), maar het is ook mogelijk om modellen te maken op basis van 3D-scans uitgevoerd door MRI-machines (digital resonance imaging). In de gezondheidszorg kun je zowel grootschalige 3D-printfabrikanten zoals Xometry als point-of-care printfaciliteiten vinden.

Een korte geschiedenis van 3D-printen in de gezondheidszorg

Hoewel het nog geen 150 jaar oud is, was het allereerste teken dat mensen op de goede weg waren als het om 3D-printen ging, in de jaren 1860 toen François Willème, een Franse kunstenaar, de ‘photo sculpting’-methode uitvond. Dit hield in dat je vanuit veel verschillende hoeken foto's maakte (nou ja, dat waren in die tijd tekeningen) van een object en die beelden vervolgens gebruikte om een ​​3D-weergave te maken. 

Honderd en enkele jaren later, in 1985, vond een Amerikaan uit Colorado, Chuck Hall genaamd, het eerste solide beeldproces uit, ook wel bekend als stereolithografie. Dit was de eerste stap op weg naar de creatie van 3D-printers. De gezondheidszorg begon in 2000 met 3D-printen en een jaar later werden de eerste synthetische steigers voor menselijk blaasweefsel 3D-geprint. In 2008 werd het allereerste 3D-geprinte beenprothese gemaakt.

Sindsdien zijn er veel vorderingen gemaakt met betrekking tot 3D-printen in de geneeskunde en de gezondheidszorg. In 2009 werden bloedvaten in 3D gebioprint (een proces waarbij levende cellen en biomaterialen worden geïntegreerd), en in 2014 werd 3D-geprint menselijk leverweefsel commercieel gelanceerd. In 2019 begonnen wetenschappers met het bioprinten van harten en longzakjes. Een jaar later bracht het Britse biotechbedrijf FABRX een gepersonaliseerde machine voor het maken van medicijnen uit, genaamd M3DIMAKERTM. Sindsdien heeft de sector alleen maar vooruitgang geboekt, waarbij 3D-printen gemeengoed is binnen de geneeskunde en de gezondheidszorg.

Wat zijn de dingen die de 3D-printer kan doen voor de geneeskunde en de gezondheidszorg?

3D-printen wordt massaal toegepast in de medische sector en de gezondheidszorg, grotendeels dankzij het feit dat alles op maat en patiëntspecifiek kan worden gemaakt. Deze omvatten ruggengraat- en orthopedische implantaten, prothetische ledematen, contactdozen en onderdelen, tandkronen, bruggen en andere orthodontische apparaten, medicijnformuleringen en toedieningsapparaten (d.w.z. inhalatoren, pleisters en implantaten), gehoorapparaten en gedetailleerde anatomische modellen gebaseerd op echte patiënten en hun persoonlijke behoeften.

Maar dat is nog niet alles! Het wordt vaak gebruikt voor gespecialiseerde en patiëntspecifieke chirurgische instrumenten, proceduregidsen en zelfs gezichtsreconstructie. Bovendien kunnen er snelle en nauwkeurige ontwerpaanpassingen worden doorgevoerd op basis van de waardevolle feedback van de chirurgen. 3D-geprinte implantaten worden gemaakt via veel verschillende 3D-printprocessen in een verscheidenheid aan materialen, die we beide verderop zullen bespreken. Laten we voorlopig eens dieper ingaan op enkele van deze toepassingen. 

Implantaten

Het snel en nauwkeurig kunnen ontwerpen en produceren van op maat gemaakte implantaten voor patiënten, waaronder tand-, ruggengraat- en heupimplantaten, heeft de medische wereld enorm verbeterd. Deze gepersonaliseerde onderdelen kunnen de operatietijd, complicaties, het handmatig aanpassen van implantaten van standaardformaat en het aantal invasieve bottransplantaatoperaties dat artsen moeten uitvoeren, verminderen. Al deze factoren leiden tot een sneller herstel van de patiënt en een grotere kans op succes.

Prothetiek

De mogelijkheid om 3D-geprinte protheses te personaliseren is ongetwijfeld een van de meest indrukwekkende manieren waarop de methode in de gezondheidszorg wordt gebruikt, en het is een totale game-changer gebleken voor geamputeerden. Deze onderdelen, waaronder armen en benen, passen perfect bij het lichaam van de patiënt voor meer comfort en functionaliteit. Traditionele prothesen en hun componenten zijn notoir duur (ergens tussen de $1.500 en $8.000) en vereisen uitgebreide en nogal invasieve, regelmatige handmatige aanpassingen. Om nog maar te zwijgen van het feit dat het lang duurt voordat ze worden besteld en gemaakt.

Een 3D-geprinte prothese is vaak kosteneffectiever. Het heeft ook een snelle doorlooptijd (in sommige gevallen slechts een dag) en vereist veel minder aanpassingen omdat het volledig op maat is gemaakt. Deze factoren zijn vooral nuttig voor kinderen die snel hun prothese ontgroeien. 3D-printen zorgt er ook voor dat het niet zo prettige proces draaglijker wordt voor zowel kinderen als volwassenen, omdat ze de verschillende kleuren, ontwerpen en stijlen van hun protheses kunnen kiezen.

Anatomische replica's

Naast protheses kunnen anatomische replica's worden gemaakt voor gebruik in onderwijs, training en planning voorafgaand aan een operatie. Deze afdrukken bootsen zeer nauwkeurig, zo niet precies, echte organen na die zijn ontworpen op basis van de daadwerkelijke beeldgegevens van de patiënt, zodat de artsen hun operaties vóór de grote gebeurtenis kunnen repeteren. Gecompliceerde operaties kunnen worden gesimuleerd, waardoor artsen en stagiairs hun vaardigheden en zelfvertrouwen kunnen verbeteren voor minder complicaties en een grotere kans op succes. Bij Xometry bieden we full-colour printen aan via PolyJet 3D-printtechnologie, waarmee we levensechte replica's kunnen creëren met realistische texturen en kleuren. U kunt meer over deze technologie te weten komen op onze PolyJet-servicepagina.

Orgaan- en weefselprinten

Bioprinten, niet een dienst die Xometry aanbiedt, is gebruikt om steigers te creëren die op menselijk weefsel lijken. Dit was de eerste stap in de productie van 3D-geprinte organen en weefsels. Hoewel 3D-geprinte organen, zoals levers en nieren, nog niet helemaal mainstream zijn, wordt er wel veel vooruitgang geboekt. Onderzoekers werken voortdurend aan nieuwe technologieën en benaderingen om deze zo snel mogelijk naar buiten te brengen. Deze machinaal vervaardigde orgels hebben het potentieel om miljoenen levens te redden, omdat zieke mensen niet op lange wachtlijsten hoeven te worden geplaatst of er maar het beste van hoeven te hopen.

Andere applicaties

Voor meer precisie en maatwerk kunnen medische apparaten en hulpmiddelen die specifiek op elke patiënt zijn afgestemd, in de gezondheidszorg 3D-geprint worden (en worden). De methode wordt ook gebruikt voor aangepaste medicatiedoses en -formules. Hierdoor verkleint u de kans op vervelende bijwerkingen. De Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) heeft bijvoorbeeld Spritam goedgekeurd, een medicijn tegen epilepsie, gemaakt via 3D-printen. Het proces verbeterde dit medicijn en maakte het gemakkelijker op te lossen dan andere pillen.