Выращивание имплантов: как 3D-печать служит медицине
Аддитивные технологии на основе полимеров удешевляют сложные операции, ускоряют лечение.
(20 января 2025 13:03 , ИА "Девон" )Технологии трехмерной печати из полимерных материалов становятся все более распространенными в разных отраслях. Об этом говорится в аналитическом материале СИБУРа. Информагентство «Девон публикует его в сокращении.
Сегодня врачи во всем мире экспериментируют с 3D-печатью костей скелета, индивидуальных хирургических инструментов и уникальных лекарственных форм для одного пациента. Одним из наиболее перспективных направлений является производство медицинских имплантов.
Трехмерные модели органов используют для подготовки к операциям и для обучения студентов. Причем модель органа можно напечатать с изменениями, вызванными той или иной болезнью.
КАК «ПЕЧАТАЮТ» ЗУБЫ.
В медицине 3D-печать первыми освоили стоматологи, ведь принтер – это удобный инструмент для изготовления зубных имплантатов. Пионером применения 3D-печати в стоматологии была компания Align Technology (США).
В 1990-х при помощи специального оборудования она изготавливала каппы (накладки) для зубов. Она же являлась основным разработчиком «элайнеров», заменяющих брекеты. Новые зубные накладки для исправления прикуса отличались меньшей заметностью и большим удобством для пациентов.
Первый печатный зубной имплантат был изготовлен фирмой Layer Wise в 2012 году. В том же году впервые удалось вживить пациенту напечатанную на 3D-принтере титановую нижнюю челюсть. Сегодня и пластиковые, и металлические технологии хорошо отработаны. Но они реализованы в принтерах разных типов и у них разные сферы применения.
Имплантанты создаются из специальных полимеров, по физико-химическим свойствам похожих на полимеры в пломбах. Это позволяет создавать протезы, которые выглядят совершенно естественно и неотличимы по цвету и форме от настоящих зубов.
Печать зубных протезов и их отдельных элементов во многих клиниках поставлена на поток. Современный сканер позволяет за полчаса получить CAD-файл с трехмерной моделью всего зубного ряда обеих челюстей.
Затем на компьютере создаются 3D-модели элементов будущего протеза, которые принтер напечатает автоматически. При массовом приеме пациентов дороговизна оборудования компенсируется экономией рабочего времени медиков.
Моделирование зубного ряда используется и для создания хирургических шаблонов. Они необходимы для точного позиционирования инструментов и имплантатов во время операций. Такие шаблоны печатают из пластика. Они сводят к минимуму риск осложнений и уменьшают время типичной операции. Кроме того, сокращается длительность пребывания пациентов под наркозом.
Обычные протезы конечностей изготавливаются из металла с пластиковыми и резиновыми вставками или же волокнистых угле- или стеклокомпозитов. Стоимость изготовления таких протезов может составлять тысячи долларов.
Значительно удешевить их позволяет печать деталей и элементов пластиковых протезов на 3D-принтерах. Переход на данные технологии при изготовлении имплантатов из полимеров стал важной тенденцией в медицинской индустрии.
Это позволяет создавать высокоточные, индивидуально подогнанные имплантаты, которые идеально соответствуют анатомическим особенностям каждого пациента.
ПОЛИМЕРНЫЕ ИМПЛАНТАНТЫ ДЛЯ ЧЕРЕПА И ПОЗВОНОЧНИКА.
Имплантаты из полимеров применяются не только в стоматологии. Пациентам с травмами головы или врожденными дефектами черепа часто требуются индивидуальные имплантаты для восстановления целостности костей.
Традиционно такие имплантаты создавались вручную из титановых пластин, что было трудоемким и долгим процессом. Однако с появлением 3D-печати стало возможным создавать точные полимерные имплантаты на основе КТ-снимков пациента.
К примеру, компания Materialise разработала систему для 3D-печати черепных имплантатов из биоактивного полимера полиэфирэфиркетона (PEEK). Эти имплантаты имеют высокую степень совместимости с тканями организма и обеспечивают отличную интеграцию с костной структурой.
Кроме того, межпозвоночные кейджи используются для стабилизации позвоночника после операций по удалению грыж или опухолей. Традиционные металлические имплантаты имели ограничения по форме и размерам. Это затрудняло их точную установку.
3D-печать позволила создавать индивидуальные кейджи из биоразлагаемых полимеров, которые постепенно заменяются новой костной тканью. В 2017 году компания Nexxt Spine представила серию межпозвонковых кейджей, созданных с помощью 3D-принтера. Они изготавливаются из термопластичного полиуретана (TPU), сочетающего необходимую жесткость и эластичность.
Челюстно-лицевая хирургия требует высокой степени точности при установке имплантатов, так как малейшие отклонения могут привести к серьезным проблемам. Трехмерная печать позволяет создавать индивидуальные имплантаты из биосовместимых полимеров, таких как PLA (полилактид) или PCL (поликапролактон).
А исследователи из Университета Южной Калифорнии разработали методику 3D-печати имплантатов из PLA для реконструкции лицевых костей. Эти имплантаты идеально подходят по форме и размеру. Это значительно упрощает операцию и ускоряет реабилитацию пациента.
БИОРАЗЛАГАЕМЫЕ «ЗАПЧАСТИ» ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА.
Замена поврежденных суставов, таких как коленные или тазобедренные, требует точного подбора размера и формы имплантата. Аддитивные технологии сделали этот процесс эффективнее и доступнее.
В свою очередь, полимерные композитные материалы на основе сополимера молочной и гликолевой кислот могут быть использованы для изготовления гибких структур. Полимерная база способна со временем полностью и безопасно заместиться здоровой тканью в организме. Это необходимо, например, для пластического восстановления внешней хрящевой ткани в реконструктивной хирургии.
Для создания постоянных протезов костей обычно используется титан. Это не идеальное решение, так как бывают случаи отторжения металла организмом. Помимо прочего, изготовление такого протеза недешево.
Поэтому команда исследователей из Университета Джонса Хопкинса проводит эксперименты с костно-полимерными композитами, пригодными для 3D-печати. Одновременно они должны обладать органической структурой, необходимой для роста натуральных костных тканей.
Синтетической составляющей такого материала является поликапролактон – биоразлагаемый полиэфир с низкой температурой плавления. Он прочен, но сам по себе не способствует регенерации костных тканей.
Поэтому исследователи используют добавки гидроксиапатита – основного минерального компонента костей. Свойства материала подбираются таким образом, чтобы он замещался в организме по мере выздоровления пациента.
Примеры успешного перехода на 3D-печать при изготовлении имплантатов из полимеров демонстрируют широкие возможности этой технологии. Она позволяет создавать высокоточные, индивидуальные изделия, которые идеально соответствуют анатомическим особенностям пациента. Это не только улучшает результаты лечения, но и снижает затраты на здравоохранение.
Ранее ИА «Девон» сообщало о том, что в России могут наладить выпуск биоразлагаемых и биосовместимых крепежные изделия для сращивания костей. Крепежи изготавливают из полимерных и композиционных материалов на основе сополимера лактида и кальций-фосфата. В России данные технологии пока не локализованы.В 2022 году «Информ-Девон» писал о планах ульяновской фирмы «Интехнобиомед» по производству медицинских полимеров. Компания уже создала в РФ уникальное производство биоразлагаемых полимеров и медицинских стентов.
| Поделиться этой новостью у себя в соцсетях |
Поиск по теме: Здравоохранение, полимеры, Аддитивные технологии
