Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι έτοιμη να αντιμετωπίσει τα πλαστικά εμφυτεύματα σώματος

Μετά από ένα ατύχημα που άφησε μια 40χρονη γυναίκα στη Σουηδία με τεράστιο τραυματισμό στο κεφάλι στα τέλη του περασμένου έτους, έλαβε ένα 3D-τυπωμένο εμφύτευμα κατασκευασμένο από ένα πλαστικό που ονομάζεται PEEK για να επισκευάσει το κρανίο της.

Ήταν η πρώτη φορά που ένα νοσοκομείο σχεδίασε και εκτύπωσε 3D ένα εμφύτευμα αυτού του είδους επί τόπου και θα μπορούσε να αποδειχθεί σημείο καμπής για την τρισδιάστατη εκτύπωση στην ιατρική περίθαλψη.

«Από όσο γνωρίζουμε, είμαστε οι πρώτοι στον κόσμο που κατασκευάζουμε τρισδιάστατα εμφυτεύματα εξ ολοκλήρου σε νοσοκομείο, πράγμα που σημαίνει ότι τα εμφυτεύματα θα προσαρμοστούν καλύτερα στους ασθενείς, από την αρχή», λέει ο Einar Heiberg Brandt, ιατρός μηχανικός στην Κλινική Φυσιολογία. στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Skåne, Σουηδία. «Αυτό θα οδηγήσει σε ταχύτερες χειρουργικές επεμβάσεις και λιγότερες επιπλοκές».

Η ενδονοσοκομειακή τρισδιάστατη εκτύπωση βρίσκεται ακόμα στα αρχικά στάδια, αλλά δείχνει πολλά υποσχόμενη, συμφωνούν οι ειδικοί του κλάδου. Αν και η τρισδιάστατη εκτύπωση χρησιμοποιείται στην υγειονομική περίθαλψη για περισσότερο από μια δεκαετία για την κατασκευή εμφυτευμάτων τιτανίου και ανοξείδωτου χάλυβα, το πλαστικό PEEK επεκτείνει τις ευκαιρίες για την τεχνολογία να μετακινηθεί από τα καταστήματα των κατασκευαστών ιατρικών συσκευών και σε εργαστήρια σε νοσοκομεία και κλινικές σε όλο τον κόσμο.

Στην πραγματικότητα, οι ιατρικές εγκαταστάσεις αντιπροσωπεύουν μια τεράστια νέα αγορά για την τρισδιάστατη εκτύπωση. Το τμήμα υγειονομικής περίθαλψης της βιομηχανίας τρισδιάστατων εκτυπώσεων, που περιλαμβάνει οδοντιατρικά και 3D-εκτυπωμένα φαρμακευτικά προϊόντα, εκτιμάται επί του παρόντος σε σχεδόν 3 δισεκατομμύρια δολάρια.

Τρισδιάστατη εκτύπωση σε νοσοκομεία

Ιδρύματα, όπως η Mayo Clinic στο Minn. και τα νοσοκομεία VA σε εθνικό επίπεδο, διαθέτουν εκτεταμένα εργαστήρια τρισδιάστατης εκτύπωσης. Η εργασία εκεί είναι κυρίως τρισδιάστατη εκτύπωση για συγκεκριμένο ασθενή ιατρικά μοντέλα, εργαλεία χειρουργικής εκπαίδευσης και ορθοπεδικά σιδεράκια. Ωστόσο, στο όχι πολύ μακρινό μέλλον, αυτά τα νοσοκομεία ενδέχεται να εκτυπώνουν 3D εμφυτεύματα ειδικά για ασθενείς σε PEEK για όλους τους τύπους χειρουργικών επεμβάσεων.

Η χρήση ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή και ενός νήματος PEEK φέρνει μια μακρά λίστα πλεονεκτημάτων στα νοσοκομεία, ενώ εξακολουθεί να έχει σημαντικά εμπόδια. Η μέθοδος, σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς τρόπους κατασκευής ιατρικών συσκευών, δηλαδή τη μηχανική κατεργασία και τη χύτευση με έγχυση, μπορεί να γίνει επί τόπου στο σημείο φροντίδας. Αυτό σημαίνει ταχύτερα εμφυτεύματα, χαμηλότερο κόστος και στενότερο συντονισμό μεταξύ του χειρουργού και των τεχνικών που παράγουν το εμφύτευμα.

Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του ασθενούς από σαρώσεις και ακτινογραφίες, τα νοσοκομεία μπορούν να εκτυπώσουν τρισδιάστατα ένα προσαρμοσμένο εμφύτευμα που ταιριάζει ακριβώς στο χώρο του ελαττώματος.

Μελέτες δείχνουν ότι τα εμφυτεύματα ειδικά για τον ασθενή μειώνουν τον χρόνο χειρουργικής επέμβασης, μειώνουν τους κινδύνους μόλυνσης, έχουν καλύτερα αποτελέσματα και μειώνουν δραματικά τη διάρκεια της παραμονής στο νοσοκομείο. Η τρισδιάστατη εκτύπωση των εμφυτευμάτων, όπως απαιτείται, απαλλάσσει επίσης το νοσοκομείο από το να χρειάζεται να κρατήσει διαθέσιμο κατάλογο ακριβών εμφυτευμάτων.

Αν και, από σήμερα, δεν υπάρχουν 3D-τυπωμένα εμφυτεύματα PEEK που κατασκευάζονται σε νοσοκομεία εγκεκριμένα από τον FDA, αυτό μπορεί να αλλάξει σύντομα.

Μια γερμανική start-up που ειδικεύεται στα 3D-printed PEEK εμφυτεύματα κρανίου, Kumovis, λέει ότι ολοκληρώνει τα τελευταία εμπόδια στη διαδικασία έγκρισης του FDA.

«Υπάρχει πολύς ενθουσιασμός σχετικά με την 3D εκτύπωση επί τόπου στα νοσοκομεία και τα έργα που οδηγούν την παραγωγή στο σημείο φροντίδας και δείχνουν τι είναι δυνατό», λέει η Miriam Haerst, συνιδρυτής και συν-διευθύνων σύμβουλος της Kumovis.

με έδρα τη Νότια Καρολίνα Συστήματα 3D, ένας από τους παλαιότερους και μεγαλύτερους κατασκευαστές 3D εκτυπωτών στον κόσμο, ανακοίνωσε πρόσφατα τα σχέδιά του να εξαγοράσει την Kumovis προκειμένου να επεκταθεί από μεταλλικά εμφυτεύματα σε εμφυτεύματα PEEK στο σημείο φροντίδας.

«Καθώς η τεχνολογία [3D printing] γίνεται πιο φιλική προς το χρήστη για τους επαγγελματίες υγείας, περισσότερα νοσοκομεία θα μπορούν να εφαρμόζουν λύσεις από άκρο σε άκρο για εξατομικευμένες χειρουργικές επεμβάσεις», λέει ο Gautam Gupta, αντιπρόεδρος και γενικός διευθυντής του ιατρείου ιατρικών συσκευών 3D Systems. «Αυτό θα διαταράξει τα υπάρχοντα μοντέλα υγειονομικής περίθαλψης, θα βελτιώσει την ποιότητα της περίθαλψης και, κυρίως, θα σώσει περισσότερες ζωές».

Η εξαγορά της Kumovis ταιριάζει καλά στην καθιερωμένη επιχείρηση υγειονομικής περίθαλψης της 3D Systems και προσθέτει μια νέα εστίαση στην αποκέντρωση της παραγωγής ιατρικών εμφυτευμάτων.

«Η μετατόπιση της παραγωγής στα νοσοκομεία θα αλλάξει το παιχνίδι όσον αφορά τη διαθεσιμότητα εμφυτευμάτων», λέει ο Haerst.

Για να γίνουν όμως τα νοσοκομεία κατασκευαστές απαιτούνται τεχνικό και μηχανολογικό προσωπικό, ρυθμιστικές διαδικασίες, μαζί με εξοπλισμό. Αυτό θα μπορούσε να διαχειρίζεται επιτόπου σε μια συμφωνία συνεργασίας από τους σημερινούς κατασκευαστές ιατρικών συσκευών, λέει ο Haerst.

PEEK Plastic εναντίον Titanium for Implants

Το PEEK έχει την έγκριση του FDA ως υλικό εμφυτεύματος εδώ και χρόνια όταν υποβάλλεται σε μηχανική επεξεργασία, αλλά όχι ακόμη όταν εκτυπώνεται 3D. Αν και το PEEK χρησιμοποιείται σε πολλά εμφυτεύματα στην αγορά σήμερα, από κλωβούς σπονδυλικής στήλης έως αρθρώσεις αστραγάλου, το τρισδιάστατο εκτυπωμένο PEEK πρέπει ακόμα να αποδείξει ότι έχει τα ίδια χαρακτηριστικά αντοχής βάρους και φθοράς με το αλεσμένο ή χυτό PEEK.

Συνολικά, αυτό το βιο-συμβατό υλικό έχει αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με τον ανοξείδωτο χάλυβα και το τιτάνιο: είναι ελαφρύ, διαπερατό στους υπερήχους και πρακτικά αόρατο σε αξονικές τομογραφίες και μαγνητικές τομογραφίες, επιτρέποντας καλύτερη παρακολούθηση μετά την επέμβαση.

Με τα χρόνια το τρισδιάστατο τιτάνιο απέκτησε τη φήμη για την καλύτερη ενσωμάτωση των οστών και χιλιάδες εμφυτεύματα αρθρώσεων και σπονδυλικής στήλης εκτυπώνονται 3D κάθε χρόνο από μεγάλους κατασκευαστές, όπως η Stryker. Αλλά το PEEK έχει αλλάξει, λέει ο Marc Knebel, επικεφαλής ιατρικών συστημάτων στο Evonik, η οποία κατασκευάζει το PEEK για τρισδιάστατη εκτύπωση καθώς και χύτευση με έγχυση και φρέζα.

«Σήμερα, το PEEK μπορεί να σχεδιαστεί με πρόσθετα για να αποκτήσει νέα χαρακτηριστικά, όπως καλύτερη οστεοενσωμάτωση», λέει ο Knebel. «Δουλεύουμε ήδη με μερικά νοσοκομεία για [3D-εκτυπωμένα εμφυτεύματα]. Τα πρώτα θα είναι ενεργά μέσα στην επόμενη πενταετία».

Ένα εργαστήριο τρισδιάστατης εκτύπωσης που βρίσκεται δίπλα στο χειρουργείο, έτοιμο να παράγει εξατομικευμένα εμφυτεύματα που έχουν σχεδιαστεί με βάση τα δεδομένα του ασθενούς σε μια στιγμή, είναι ακόμα πολύ μακριά. Τα ρυθμιστικά εμπόδια εξακολουθούν να υφίστανται, οι κλινικές μελέτες βρίσκονται ακόμη σε εξέλιξη και η οικοδόμηση της αγοράς από τα νοσοκομεία θα πάρει χρόνο. Αυτό που βλέπουμε σήμερα, ωστόσο, είναι οι καινοτόμοι να κάνουν τα πρώτα βήματα.