3D-printimine on valmis plastist kehaimplantaatidega tegelemiseks

Pärast seda, kui möödunud aasta lõpus sai 40-aastane naine Rootsis tohutu peavigastuse, sai ta kolju parandamiseks plastikust valmistatud 3D-prinditud implantaadi nimega PEEK.

See oli esimene kord, kui haigla projekteeris ja 3D-printeris kohapeal sellise implantaadi ning see võib osutuda pöördepunktiks 3D-printimisel arstiabis.

"Meile teadaolevalt oleme maailmas esimesed, kes valmistavad 3D-implantaate täielikult haiglas, mis tähendab, et implantaadid kohandatakse kohe algusest peale paremini patsientide vajadustega," ütleb kliinilise füsioloogia meditsiiniinsener Einar Heiberg Brandt. Skåne ülikooli haiglas, Rootsis. "See toob kaasa kiiremad operatsioonid ja vähem tüsistusi."

Haiglasisene 3D-printimine on alles algusjärgus, kuid on paljulubav, nõustuvad valdkonna eksperdid. Kuigi 3D-printimist on tervishoius titaanist ja roostevabast terasest implantaatide tootmiseks kasutatud juba üle kümne aasta, avardab PEEK plastist tehnoloogia võimalusi meditsiiniseadmete tootjate poodidelt üle maailma haiglate ja kliinikute laboritesse liikuda.

Tegelikult kujutavad meditsiiniasutused endast suurt uut 3D-printimise turgu. 3D-trükitööstuse tervishoiusegmendi, mis hõlmab hambaravi ja 3D-prinditud farmaatsiatooteid, väärtus on praegu ligi 3 miljardit dollarit.

3D-printimine haiglates

Asutustel, nagu Mayo Clinic Minnis ja VA haiglad üleriigiliselt, on ulatuslikud 3D-printimise laborid. Töö seal on valdavalt patsiendispetsiifiline 3D-prinditud meditsiinilised mudelid, kirurgilised koolitusvahendid ja ortopeedilised traksid. Kuid mitte väga kauges tulevikus võivad need haiglad 3D-printida PEEK-is patsiendispetsiifilisi implantaate igat tüüpi operatsioonide jaoks.

3D-printeri ja PEEK-hõõgniidi kasutamine toob haiglatele kaasa pika nimekirja eeliseid, kuid sellega kaasnevad siiski märkimisväärsed takistused. Võrreldes traditsiooniliste meditsiiniseadmete valmistamise viisidega, nimelt mehaanilise töötlemise ja survevaluga, saab seda meetodit teha kohapeal hoolduspunktis. See tähendab kiiremaid implantaate, madalamaid kulusid ja tihedamat koordineerimist kirurgi ja implantaati tootvate tehnikute vahel.

Kasutades patsiendi skaneeringutest ja röntgenikiirgustest saadud andmeid, saavad haiglad 3D-printida kohandatud implantaadi, mis sobib täpselt defektiruumi.

Uuringud näitavad, et patsiendispetsiifilised implantaadid lühendavad operatsiooni aega, vähendavad nakkusohtu, annavad paremaid tulemusi ja lühendavad oluliselt haiglas viibimise kestust. Implantaatide 3D-printimine vastavalt vajadusele vabastab haigla ka kallite implantaatide laoseisust.

Kuigi tänase seisuga ei ole FDA poolt heaks kiidetud haiglates toodetud 3D-prinditud PEEK-implantaate, võib see peagi muutuda.

Saksa idufirma, mis on spetsialiseerunud 3D-prinditud PEEK koljuimplantaatidele, Kumovis, ütleb, et see lõpetab FDA heakskiitmisprotsessi viimased takistused.

„Haiglates kohapealne 3D-printimine ja projektid, mis juhivad tootmist hoolduspunktis ja näitavad, mis on võimalik, pakub palju põnevust,“ ütleb Kumovise kaasasutaja ja tegevjuht Miriam Haerst.

Asub Lõuna-Carolinas 3D süsteemid, üks maailma vanimaid ja suurimaid 3D-printerite tootjaid, teatas hiljuti oma plaanist osta Kumovis, et laieneda metallist implantaadid PEEK implantaatide juurde hoolduspunktis.

"Kuna [3D-printimise] tehnoloogia muutub meditsiinitöötajate jaoks kasutajasõbralikumaks, saavad rohkem haiglaid rakendada personaliseeritud kirurgia jaoks terviklikke lahendusi," ütleb Gautam Gupta, 3D Systemsi meditsiiniseadmete praktika asepresident ja peadirektor. "See häirib olemasolevaid tervishoiumudeleid, parandab ravi kvaliteeti ja päästab veelgi rohkem elusid."

Kumovise omandamine sobib kenasti 3D Systemsi väljakujunenud tervishoiuäriga ja lisab uue fookuse meditsiiniliste implantaatide tootmise detsentraliseerimisele.

"Tootmise viimine haiglatesse muudab implantaatide kättesaadavuse osas mängu," ütleb Haerst.

Selleks, et haiglad saaksid tootjateks, on vaja tehnilisi ja inseneritöötajaid, regulatiivseid protsesse ja seadmeid. Haerst ütleb, et praegused meditsiiniseadmete tootjad võiksid seda kohapeal hallata koostöölepingu alusel.

PEEK Plastic vs. Titanium for Implants

PEEK-il on olnud FDA kinnitus implantaadimaterjalina juba aastaid, kui seda on töödeldud, kuid mitte veel 3D-printimisel. Kuigi PEEK-i kasutatakse tänapäeval paljudes turul pakutavates implantaatides lülisambapuurist kuni hüppeliigeseni, peab 3D-prinditud PEEK siiski tõestama, et sellel on sama kaalu kandevõime ja kulumisomadused kui freesitud või vormitud PEEK-il.

Üldiselt on sellel bioühilduval materjalil roostevaba terase ja titaaniga võrreldes mitmeid eeliseid: see on kerge, ultraheli läbilaskev ning CT- ja MRI-skaneeringute jaoks praktiliselt nähtamatu, mis võimaldab paremat operatsioonijärgset jälgimist.

Aastate jooksul on 3D-prinditud titaan saavutanud maine luude parema integreerimise poolest ning suured tootjad, nagu Stryker, prindivad igal aastal 3D-s tuhandeid liigeste ja selgroo implantaate. Kuid PEEK on muutunud, ütleb Marc Knebel, ettevõtte meditsiinisüsteemide juht Evonik, mis toodab PEEK-i nii 3D-printimiseks kui ka survevaluks ja freesimiseks.

"Täna saab PEEK-i kujundada lisanditega, et saada uusi funktsioone, nagu parem osteointegratsioon," ütleb Knebel. "Teeme juba paari haiglaga koostööd [3D-prinditud implantaatide] kallal. Esimesed hakkavad tegutsema järgmise viie aasta jooksul.

Operatsioonisaali kõrval asuv 3D-printimislabor, mis on valmis koheselt välja tooma patsiendi andmete põhjal loodud individuaalseid implantaate, on veel kaugel. Regulatiivsed tõkked jäävad alles, kliinilised uuringud on veel pooleli ja haiglate sisseostu suurendamine võtab aega. Mida me aga täna näeme, on uuendajad, kes astuvad esimesi samme.