Van uitvinding tot innovatie: De evolutie van 3D-printen in de geneeskunde

3D-printen is gepioneerd door Charles W. "Chuck" Hull, die het idee had om computer-aided design software te gebruiken om driedimensionale objecten te creëren. Hull bouwde een machine die een UV-laser gebruikte om lagen acrylaat in vorm te graveren voordat de lagen worden gestapeld om objecten te bouwen. Hij octrooieerde het "apparaat voor productie van driedimensionale objecten door stereolithografie" in 1984, wat de geboorte van 3D-printen markeerde.

In de drie decennia sindsdien heeft 3D-printen toepassingen gevonden in diverse industrieën, inclusief gezondheidszorg. Naarmate 3D-printen geavanceerder en economisch toegankelijker wordt, breiden de medische toepassingen zich voortdurend uit. 3D-printen kan zelfs gecréditeerd worden met enkele van de meest indrukwekkende recente vooruitgang in de geneeskunde, inclusief 3D-geprint vaatgewebe, prothese apparaten en botten, evenals een reeks medische hulpmiddelen, inclusief chirurgische gidsen, pacemakers en meer.

Hoe 3D-printen de gezondheidszorg heeft getransformeerd

De gezondheidszorgindustrie was een van de vroegste adopters van 3D-printtechnologie. Zo vroeg als de late jaren 90 en begin 2000, werd 3D-printen gebruikt om tandimplantaten en aangepaste prothesen te produceren, wat zelfs Charles Hull verraste, die erkende nooit de invloed van 3D-printen op de geneeskunde te hebben voorzien. Sindsdien zijn de medische toepassingen van de technologie aanzienlijk geëvolueerd, met name in de laatste helft decennium.

Omdat 3D-printen wendbaar is, wat snelle iteraties en wijzigingen mogelijk maakt, is het uniek geschikt voor producten zoals prothesen en tandimplantaten, die zowel hoge aanpassing als lage volume productie vereisen. Bijvoorbeeld, Coapt, een Chicago-gebaseerd bedrijf dat myo-elektrische patroonherkenningssystemen produceert voor bovenste ledematen prothesen, gebruikt additieve productietechnologie om volledig responsieve prothese armen te bouwen, aangepast aan de biologie van elke patiënt.

3D-printen biedt het potentieel om andere geneeskundige velden te transformeren, met name orthopedie. Met 3D-printen zijn orthopedische chirurgen in staat om structuren te creëren die de biologie van een patiënt perfect nabootsen, wat er eens toe kan bijdragen de ongemak en degradatie geassocieerd met "one size fits all" kunstmatige botimplantaten te elimineren. Hoewel 3D-geprinte botten nog niet in regelmatig klinisch gebruik zijn, heeft de succes van verschillende opvallende implantaten de vooruitgang en belofte van de technologie gedemonstreerd.

Waar we heen gaan: 3D-geprinte biomaterialen

Terwijl 3D-geprinte bio-apparaten zoals prothesen en botten zijn geprobeerd, getest en in de praktijk gebracht, blijft de volgende front in medisch 3D-printen, organische mimetische apparaten, op de horizon. In de vroege jaren 2000, bouwde een team onderzoekers van het Boston Children's Hospital met succes vervangende blaasjes van collageen en synthetisch polymeer met de hand met een constructiemethode genaamd "scaffolding". Ze laagden de scaffolds met cellen van de proefpersonen, waardoor ze kon uitgroeien tot functionerende organen. Zeven jaar na de implantatie bleven alle proefpersonen in goede gezondheid.

Helaas is het bouwen van organen op deze manier niet alleen ongelooflijk kostbaar, maar ook extreem tijdrovend. Op zoek naar een minder tijdsintensieve en makkelijker reproduceerbare manier om synthetische organen te produceren, richtte een onderzoeker genaamd Dr. Anthony Atala in 2004 het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM) op. Spoedig daarna begonnen WFIRM-onderzoekers te experimenteren met 3D-printen van synthetische menselijke organen, uiteindelijk machines ontwikkelend die consistent organen en weefsels voor gebruik in klinische proeven konden printen.

Ondanks het relatieve succes van synthetische botten, blijven 3D-geprinte organen ver verwijderd van klaar voor klinisch gebruik. De kloof tussen experimentele synthetische organen en klinisch haalbare kan op cellulair niveau liggen; daarom proberen onderzoekers 3D-printen toe te passen op levende cellen, menselijke weefsels te repliceren. In 2019, slaagde een team Braziliaanse onderzoekers erin om "organoïden" te bioprinten die alle functies van de menselijke lever uitvoeren, inclusief het bouwen van eiwritten, het opslaan van vitaminen en het afscheiden van gal.

Deze miniatuur leveren zijn nog niet klaar voor transplantatie, maar veel experts geloven dat, zodra we met succes menselijk weefsel via 3D-printen kunnen repliceren, het pad naar het creëren van volledig functionerende menselijke organen vrij zal zijn — en de geneeskunde voor altijd zal veranderen.

De toekomst van medisch 3D-printen

Het is moeilijk om het potentieel dat 3D-printen heeft om de gezondheidszorg te transformeren, over te stellen. Naarmate additieve productietechnologie toegankelijker en betaalbaarder wordt, lijkt betekenisvolle medische innovatie meer haalbaar dan ooit — en het is steeds duidelijker dat 3D-printdiensten een belangrijke rol zullen spelen in het revolutioneren van de geneeskunde in het komende decennium en daarbuiten.

Geprepareerd voor on-demand productie, stelt 3D-printen medische onderzoekers in staat om kleine volumes van delen voor niche toepassingen te creëren — en snel de koers te wijzigen wanneer nieuwe behoeften ontstaan, zoals in het geval van de COVID-19 pandemie.

Echter, het benutten van 3D-printtechnologie — het kiezen van de juiste materialen, de meest effectieve processen en de beste workflows — kan moeilijk zijn. Door te partneren met de experts bij Fast Radius, kunt u gerust zijn dat we met u zullen werken tijdens elke fase van de ontwerp, prototyping, productie en fulfillment processen. We zullen ervoor zorgen dat elk ontwerp geoptimaliseerd is voor productie en dat uw keuze van materialen en productiemethode afgestemd is op uw specifieke vereisten. Klaar om te beginnen? Neem vandaag nog contact met ons op.