Ученые из Университета Южной Флориды (США) и специалисты компании Formlabs провели успешную операцию по замене части больного клюва редкой птицы. Медики оперировали птицу-носорога, которая живет в городском зоопарке Тампы, штат Флорида. Животное страдало от рака кожи, который смертелен для подобного вида птиц; в результате онкозаболевания часть клюва, закрывающая носовые пазухи, была повреждена. Специалисты отсканировали череп животного, изготовили на основе особой смолы протез и установили его на место.
По словам медиков, после операции птица быстро восстановилась, хирургическое вмешательство не повлияло на ее аппетит и повадки. Спустя какое-то время напечатанная на 3D-принтере защитная маска приобрела окрас клюва, что стало возможным благодаря выделениям особых желез, которые вырабатывает организм птиц-носорогов. Изобретатели медицинского 3D-принтера и биосовместимой смолы заявили, что в будущем реально использование протезов и искусственных органов, созданных индивидуально для каждого пациента с определенным заболеванием.
По оценке экспертов, ежегодно сотни тысяч человек теряют конечности и становятся в очередь на получение протеза. Протезы, представленные на массовом рынке, доступны лишь в нескольких размерах, поэтому их носителям приходится подстраиваться под особенности медицинского оборудования. Кроме того, они недолговечны и дороги в производстве. 3D-печать позволяет создать практически идеальный протез по индивидуальным чертежам. В этом случае он может успешно заменить потерянную руку или ногу.
Также услуги по протезированию обычно доступны пациентам в развитых странах мира с хорошей медицинской страховкой. Эксперты Formlabs отмечают, что проблема заключается в отсутствии производственных процессов, позволяющих выпускать нестандартные детали по приемлемой цене. 3D-печать может сделать протезирование более доступным. Например, некоммерческая инициатива e-NABLE предлагает использовать бесплатные чертежи, макеты и программы с открытым исходным кодом для создания медицинского оборудования с помощью принтеров. В этом случае стоимость одного протеза, созданного по индивидуальному заказу, может составить всего около 50 долларов.
Современные 3D-принтеры печатают заготовки на основе фотополимерной смолы — особого жидкого вещества, которое застывает под воздействием света. В медицинской печати все намного серьезнее, так как считается, что человек будет непосредственно и довольно долго контактировать с созданным с помощью 3D-принтера объектом. Ученые объясняют, что напечатанные протезы должны иметь идеальную форму — с учетом особенностей строения организма, а также состоять из безопасных материалов, которые не вызовут аллергической реакции или отторжения.
«Значение 3D-печати в сфере здравоохранения невозможно переоценить», — считает директор по развитию медицинского рынка в Formlabs Гаурав Манчанда. Например, медицинская «живая» смола по сути напоминает материал для печати обычных трехмерных заготовок, но детально отличается от них. Во-первых, она позволяет печатать более точные объекты — размером около ста микрон. Во-вторых, рассчитана на длительный контакт с кожей или слизистой оболочкой. В-третьих, смоле можно придать совершенно любой оттенок, что особенно важно в стоматологии. Так, у Formlabs есть состав BioMed Clear Resin, который отличается высокой степенью прозрачности — это может потребоваться для производства деталей, демонстрирующих внутреннюю анатомию.
При необходимости пересадки органов пациенты могут столкнуться с той же проблемой, что и при создании протеза: предложение подходящих биоматериалов крайне ограничено, а стоимость трансплантации очень высока. Кроме того, организм может не принять новый орган, в этом случае труды по поиску донора и подготовке пациента к операции пойдут насмарку. Теоретическая медицина предлагает создавать необходимые органы по заказу, буквально печатая их на основе биоматериала пациента.
Специалисты описывают использование биочернил — особого материала и своеобразного сырья для медицинских 3D-принтеров. Биочернила создаются с помощью методов тканевой инженерии на основе полученных от пациента образцов. Медики берут часть ткани больного и помещают ее в биореактор, где с помощью питательных веществ материал приобретает механические и биологические свойства органической ткани. Биоинженеры могут направлять клеточный рост таким образом, чтобы в итоге получалась необходимая ткань или тип органов. Вероятность того, что получившийся орган приживется в теле пациента, крайне высока. Также ученые из разных стран мира предлагают выращивать органы в теле животных. По словам генерального директора Genotek Валерия Ильинского, подобные технологии станут реальностью через пять-десять лет. Однако изготовление индивидуальных почек, печени или сердца на основе биоматериала пациента все равно кажется более надежным способом заменить поврежденный орган — из-за максимальной совместимости напечатанного органа и организма больного. В этом случае прибегать к экзотическим способам решения проблемы — вроде пересадки сердца свиньи человеку — не потребуется.
В настоящий момент медики могут выращивать примитивные части тканей человеческого организма, а технологии создания сложных внутренних органов все еще находятся в области футурологии. При этом ученые смотрят гораздо дальше — в перспективах печать не только сердца, но и кровеносных сосудов. Специалисты напоминают, что болезни сердечно-сосудистой системы сейчас являются причиной смерти номер один в мире. «Создание кровеносных сосудов с помощью 3D-печати открывает возможности для создания "дизайна" кровеносных сосудов, подходящего для пациента», — считает доктор Сэм Пашнех-Тала из Университета Шеффилда.