3D tlač – budúcnosť medicíny

27. nov. 2015 • Lekárske vedy

3D tlač – budúcnosť medicíny

Akékoľvek dobré vynálezy sú nezastaviteľné a skôr či neskôr sa presadia. 3D tlač má na rozdiel od mnohých abstraktných vynálezov súčasnosti svoje hmotné aplikácie a v medicíne je úzko previazaná na to, čo sa nás zatiaľ každého týka – na ľudské telo.

Súčasná medicína umožnila, že žijeme oveľa dlhšie, no vysokého veku sa nedožívame v primeranom zdraví. Mnohé vlády túto situáciu dlhodobo ignorujú a nepopulárne reformy odkladajú, akoby čakali na zázrak. Týmto zázrakom môže byť práve 3D tlač bunkami – bioprinting, ktorej aplikácia do života bežných pacientov je však otázkou najmenej desaťročia. Je však možné, že práve bioprinting vlastnými bunkami pacienta je cesta, ako znižovať nákladné liečby pri veľmi poškodených častiach tela. Vytlačený model by mal v budúcnosti vylúčiť hľadanie darcu orgánu či riziká odmietnutia transplantátu.

Spolupráca so študentmi

3D tlači sme sa na Lekárskej fakulte UK v Bratislave začali venovať približne pred tromi rokmi, keď som vyhlásil témy diplomových prác v tejto oblasti. Približne za rok sa mi podarilo poskladať tím nadšencov, v ktorom spolupracujú medici, lekári a vedci. Jedno z prvých premostení medzi univerzitou a nemocnicou sa začalo, keď nás oslovil primár Kardiochirurgického oddelenia Detského kardiocentra NÚSCH na Kramároch MUDr. Matej Nosáľ, PhD., pretože ho na pravidelnej konferencii venovanej zdravotníctvu zaujala naša 3D FDM tlačiareň Felix. Výsledkom tejto spolupráce bol predoperačný model srdca dvojtýždňovej Hanky, ktorej operácia zachránila život. Téma 3D tlače sŕdc sa stala doménou študenta všeobecného lekárstva a predsedu Bratislavského spolku medikov Tomáša Havrana.

Hankino srdce

ukážka srdcaDvojtýždňová Hanka mala na srdci vážny, neštandardný defekt. CT spolu s ďalšími metódami nepostačovali chirurgom na to, aby vedeli zvoliť správny operačný postup. V tejto situácii prišla pomoc v podobe 3D tlače z rúk tímu Biovoxel pod vedením MUDr. Andreja Thurza, PhD., MPH, MHA, z Lekárskej fakulty Univerzity Komenského. Po detailnom niekoľkohodinovom štúdiu CT skenov lekári a medici využili grafické zručnosti a vymodelovali v počítači srdce malej pacientky, čo trvalo 40 až 50 hodín. V tomto procese sú veľmi dôležité aj detailné znalosti anatómie, keďže pri tvorbe modelu je potrebné odlíšiť mäkké a tvrdé tkanivá, aby bol model verný realite, hovorí o tvorbe 3D modelu srdca jeden z autorov medik Tomáš Havran. Chirurgovia si tak mohli detailne pozrieť, ako vyzerá Hankino srdce aj s defektom a v pokoji pripraviť stratégiu operačného postupu.

Tím Biovoxel požíva na 3D tlač metódu Fused Deposition Modeling (FDM), pri ktorej sa postupne taví plastová struna. Roztavený materiál sa vrství na seba a vytvára požadovaný priestorový model. Jeden z používaných materiálov je ten istý, z akého sa tvoria detské hračky. Presnosť tlače je 50 až 25 mikrometrov. Touto metódou už vytvorili niekoľko modelov sŕdc. Svoje služby ponúkajú nemocniciam po celom Slovensku. Finančné prostriedky na 3D tlač získavajú prostredníctvom rôznych grantov. V najbližšej dobe sa chystajú vytvoriť start-up, ktorý by sprostredkoval aplikácie 3D tlače aj pre ďalšie nemocnice a pacientov. Veď v súčasnosti sú schopní vytvoriť model za približne 300 eur, pričom v zahraničí sa cena takýchto modelov pohybuje rádovo vyššie, približne 3 000 eur.

Nevídané možnosti

To, čo voľakedy znamenalo zavedenie antibiotík do medicíny, môže predstavovať v súčasnosti 3D tlač. Pôvodne sme 3D tlač používali len v stomatológii na názornú vizualizáciu, ako bude vyzerať chrup po zákroku. Časom sa oblasti použitia rozšírili. V súčasnosti používame túto metódu aj na vytvorenie skeletu, na ktorom rastie chrupka. Do budúcnosti by sme touto cestou chceli vytlačiť napríklad chýbajúcu časť prsta pre pacienta.

Možnosti sú však ešte širšie. Použitie 3D tlače je prínosom aj pri vizualizácii vo výučbe medikov či lekárov, je vhodné pri vizualizácii plánovania liečby, ako aj pri vizualizácii na vzdelávanie pacienta. Vďaka 3D tlači sa môžu vytvoriť individualizované implantáty, individualizované ortopedické pomôcky pre pacientov či individualizované návody pre operácie. 3D tlač je dôležitá aj pri výskume anorganickej mikroštruktúry a buniek (scaffolds), bioprintingu, pri výskume efektu farmák a v neposlednom rade aj v regeneratívnej medicíne.

Nadšení medici

MUDr. Andrej Thurzo, PhD., MPH, MHA Prepojenie medikov s lekármi je kľúčové. Je potrebné vidieť reálne klinické aplikácie, ale aj skutočných ľudí, ktorým tieto výmysly pomohli alebo pomôžu. Možnosti využitia 3D tlače sa v podstate nekončia, sú široké. Ďalší člen nášho tímu medik Michal Slabej z LF UK vytvoril a vytlačil 3D model ciev na nohe, na ktorom si medici budú môcť pozrieť, ako to vyzerá. Doteraz mali túto možnosť len na papieri, respektíve v počítači, prípadne pri pitvách. Takto si to budú môcť hocikedy pozrieť a aj si to lepšie zapamätajú. Jeho snom je vytvoriť celú kostru aj s cievami, čo by slúžilo pri výučbe ciev.

Aj mnohých ďalších medikov 3D tlač nadchla. Sú tu osobnosti slovenskej 3D tlače ako bratia Štefíkovci z bratislavských Kramárov, ktorí sa 3D tlači venujú už takmer 10 rokov. Doc. Ing. Radovan Hudák, PhD., z Technickej univerzity v Košiciach, jeden z priekopníkov 3D tlače, vybudoval Centrum biotechnologického inžinierstva CEIT v Košiciach. S CEIT biomedical engineering zrealizoval výrobu individuálnych a sériových implantátov z titánovej zliatiny technológiou 3D tlače. Dnes predstavujú na Slovensku špičku v 3D tlači individualizovaných titánových implantátov a sú priekopníci zavádzania týchto unikátnych technológií do praxe.

Mnohí študenti našli v 3D tlači svoje témy. Napríklad Maroš Čižmár s kolegom Ondrejom Dvoranom využili manuálne zručnosti študentov zubného lekárstva pri skladaní našej prvej 3D FDM. Ondrej Dvoran sa zameral na tému neviditeľných strojčekov a 3D tlače modelov zubov. Maroš Čižmár sa venuje plánovaniu operácií tváre a krku (maxilofaciálne operácie) pomocou presných 3D modelov lebiek a v súčasnosti spolupracuje s Martinom Jaríčekom na zostrojení open-sourcovej biotlačiarne.

Mnoho ďalších študentov sa tiež nechalo inšpirovať, napríklad študentky zubného lekárstva Inna Guzieva a Barbora Ďurčanová prezentovali na ŠVOČ LF UK zaujímavú prácu, popisujúcu nálezy na 3D tlačených lebkách – presných reprodukciách ostatkov palatína Juraja Thurza a jeho blízkych z krypty Oravského hradu.

Nový predmet?

3D tlačVeľmi zaujímavým témam sa venoval medik šiesteho ročníka Dominik Ďurica, ktorý okrem tlače nylonom s 50 mikrónovou presnosťou aplikoval postupy pre optický sken nohy a jeho fúziu s CT a nMR záznamami. Pomocou nich vytlačil niekoľko individualizovaných ortopedických vložiek do topánok bývalému dekanovi LF UK prof. Traubnerovi. Vo viacerých ďalších projektoch sa venoval aplikáciám v ortopédii, traumatológii a predoperačnému plánovaniu. Aktuálne sa podieľa na výskume v regeneratívnej medicíne a bioprintingu – 3D tlači živými bunkami. V budúcnosti čaká bioprinting využitie v liečbe degeneratívnych ochorení kĺbovej chrupky alebo riešenie poranení, pri ktorých pacient stratí kus končatiny, pokožky, lebky atď.

Je možné , že v budúcnosti sa stane súčasťou výučby aj predmet 3D tlače, na ktorom by sa študenti naučili použiť spracovať výsledky CT skenov, pracovať s dátami, s kreativitou v rámci svojich medicínskych vedomostí a grafickým zručnostiam na tvorbu 3D modelov. V praxi by tvorili tieto modely pre rôzne lekárske odvetvia. V záujme potreby šíriť tieto poznatky študenti LF UK spolu s MUDr. Andrejom Thurzom a ďalšími odborníkmi, s podporou Slovenského spolku študentov zubného lekárstva, Bratislavského spolku medikov a pod záštitou Slovenskej spoločnosti pre regeneratívnu medicínu zorganizovali v máji tohto roka historicky prvú konferenciu venovanú 3D tlači na Slovensku.

 

Autor: MUDr. Andrej Thurzo, PhD., MPH, MHA; Lekárska fakulta UK, Bratislava

Foto: archív autora

Viac sa dočítate v časopise Quark (číslo 11/2015).

Uverejnila: ZČ

Súvisiace:

Hore
Aurelium - centrum vedy
Quark_2020
Quark 25 rokov
kúpa časopisov jún 2016
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Publikácie Veda v CENTRE
Zaujímavosti vo vede
Na Slovensku sa za malú vodnú elektráreň (MVE) považujú zdroje s inštalovaným výkonom do 10 MW.
Zistite viac