Печать искусственного сердца
В июле 2017 года Швейцарский федеральный технологический институт Цюриха (ETH Zurich) представил искусственное сердце, созданное при помощи трехмерной печати. На момент анонса выполненное из силикона изделие было далеко от стадии коммерческой готовности.
Искусственное сердце весом 390 граммов и объемом 679 кубических сантиметров напечатано на 3D-принтере методом литья по выплавляемым моделям. Левый и правый желудочки разделены не перегородкой, а специальной камерой, наполненной сжатым воздухом. Надуваясь и сдуваясь, эта камера имитирует сокращение мышц человеческого сердца и качает кровь. [1]
Роботизированная рука, заменяющая сурдопереводчика
В августе 2017 года СМИ сообщили о разработке аспирантов Антверпенского университета (Бельгия), которая сможет облегчить жизнь глухих людей. С помощью 3D-принтера молодые ученые изготовили роботизированную руку, способную выполнять роль сурдопереводчика. Изобретение получило название ASLAN (Antwerp’s Sign Language Actuating Node).
Собранная изобретателями роботизированная рука состоит из 25 пластиковых деталей, распечатанных на 3D-принтере и приводится в действие с помощью 16 сервоприводов, за управление которыми отвечает платформа Arduino, сообщает Tech Crunch. В планах разработчиков - система с двумя роботизированными руками и лицом для передачи эмоций. [2]
3D-печать среднего уха для возвращения слуха
На ежегодном собрании Радиологического общества Северной Америки (RSNA) в декабре 2017 года было показано, как с помощью 3D-печати возможно воспроизводить точные копии среднего уха для возвращения слуха людям. Разработка начала применяться на практике.
Путем преобразования 3D-изображений, сделанных с помощью компьютерной томографии, в напечатанные на 3D-принтере протезы хирургам удалось с точностью поместить четыре имплантата разных размеров в человеческие уши. [3]
Напечатанные на 3D-принтере конечности вставляют беженцам из Сирии
В марте 2018 года стало известно о том, что в одной из больниц Иордании используют напечатанные на 3D-принтере конечности для лечения беженцев, раненых в Сирии. Технологии, применяемые в проекте международной организации по оказанию медицинской помощи "Врачи без границ" (Medecins Sans Frontieres, MSF), позволяют в течение 24 часов спроектировать и изготовить протез, причем его стоимость в разы ниже, чем у традиционных искусственных конечностей.
По данным New Atlas, с начала 2017 года в программе MSF приняли участие пять пациентов-добровольцев, среди которых есть и дети. Проект реализуется в центре Восстановительной хирургии MSF на базе больницы Al-Mowasah Hospital в столице Иордании Аммане, где проходят лечение раненые во время военных конфликтов в Сирии, Ираке и Йемене. [4]
Портативный 3D-принтер для печати искусственной кожи прямо на человеке
В мае 2018 года исследователи из Университета Торонто представили портативный 3D-принтер для печати кожи, предназначенный для лечения глубоких ожоговых ран. Группа исследователей отмечает, что это первое устройство, которое формирует и располагает распечатанный образец ткани непосредственно на месте ожога всего за пару минут. [5]
На 3D-принтере впервые напечатали роговицу
В мае 2018 года стало известно о первом создании роговой оболочки глаза при помощи 3D-принтера. Этим достижением смогли похвастать в Университете Ньюкасла (Newcastle University). По словам исследователей, теперь они могут использовать объемную печать для формирования роговиц из стромальных клеток для каждого человека.
Как сообщает издание Financial Times, сотрудники Университета Ньюкасла создали специальные биочернила, состоящие из клеток стромы роговицы живого донора, альгинаты (полисахарида) и коллагена — белка, составляющего основу соединительной ткани организма. Загрузив это вещество в обычный 3D-принтер, удалось напечатать здоровую роговицу всего за 10 минут. Причем после печати жизнеспособными оставались более 90% клеток, а на седьмой день — 83%.[6]
Создан 3D-принтер, печатающий из сахара ткани для выращивания органов
В мае 2018 года стало известно о создании 3D-принтера, печатающего из сахара ткани для выращивания органов и изучения опухолей. Это разработка Университета штата Иллинойс (University of Illinois).
На рынке уже можно встретить 3D-принтеры, способные печатать объекты из сахара. В отличие от этих устройств новое оборудование использует изомальт — заменитель сахара, получаемый из свеклы и обычно встречающийся в леденцах от боли в горле и кашля.
После растворения и объемной печати сахарные структуры охлаждаются и затвердевают, создавая прочный скаффолд — подложки-носители, на основе которых происходит культивирование живых клеток. [7]
Проект самообучающегося протеза выиграл в конкурсе Microsoft Imagine Cup 2018
В конце июля 2018 года компания smartARM, разработавшая самообучающийся роботизированный протез руки, победила в международном технологическом конкурсе Microsoft Imagine Cup 2018. [8]
Представлен первый в мире напечатаннй на 3D-принтере бионический глаз
В конце августа 2018 года команда из Университета Миннесоты анонсировала проект, как утверждается, первого в мире напечатанного на 3D-принтере бионического глаза. Он дает большую надежду пациентам, потерявшим зрение. [9]
ПО для 3D-печати органов с использованием искусственного интеллекта
11 апреля 2018 года производитель биологических 3D-принтеров Aether объявил о выпуске программного обеспечения для медицинской визуализации на основе искусственного интеллекта (ИИ), которое значительно продвинет разработку 3D-печати органов. Новое Automatic Segmentation and Reconstruction (ASAR) поможет врачам и исследователям повысить производительность путем автоматизированной сегментации органов и тканей. [10]
Больницы экономят десятки тысяч долларов за счет 3D-печати
В марте 2018 года в Северной больнице Манчестера (NMGH) открылась лаборатория 3D-печати для помощи специалистам по челюстно-лицевым хирургии в лечении и реабилитации пациентов после с раком головы и шеи, лицевой травмой или врожденными аномалиями. Лаборатория была создана специалистом по реконструктивным технологиям Оливером Берли (Oliver Burley), который обосновал экономические преимущества 3D-лаборатории для больницы, а также провел сбор средств на саму лабораторию, программное обеспечение и 3D-принтер PolyJet (стоимостью $ 42000). В настоящее время в штате лаборатории состоят три специалиста, которые работают с девятью консультантами по челюстно-лицевой хирургии.
Получив степень магистра в области реконструктивных технологий, в курсе которых изучалось применение трехмерной печати, Берли представил руководству больницы Манчестера экономическую модель 3D-лаборатории. Первым аргументом в ее пользу стала экономия средств, поскольку больница ежегодно тратила $ 166 000 на проекты по 3D-печати. В среднем больница сталкивается с 20 случаями рака и 8-10 травмами ежегодно, и проведенный на основании этих данных анализ показал, что обслуживание собственной 3D-лаборатории обойдется дешевле. Хотя больнице приходится оплачивать лицензирование лаборатории, эта сумма остается фиксированной и не зависит от объема проделанной работы. Вторым аргументом стала экономия времени хирургов, которые могут использовать 3D-модели при планировании операций. Наконец, последним аргументом стало сокращение времени доставки 3D-моделей от производителя.
В качестве программного обеспечения для моделирования был выбран Materialize Mimics Innovation Suite, а для создания моделей реконструкции костей черепа челюстных остеотомий был взят ProPlan CMF; стоимость ПО составила около $ 25 000. Берли отмечает, что 3D-модели используются больницей почти в каждом случае рака головы и шеи; он уверен, что через пять лет лаборатория 3D-печати станет обязательным приложением центров лечения и реабилитации онкологических пациентов.
В основном лаборатория работает с пациентами, имеющими рак головы или шеи: им требуются реконструктивные операции, в том числе на основе костных трансплантатов для реконструкции верхней или нижней челюсти. Голова пациента сканируется, а затем создается виртуальная трехмерная модель. Хирурги и специалисты лаборатории могут рассмотреть различные виды реконструктивных операций и устройств в виртуальной реальности, прежде чем перейти к стадии проектирования. Разработанные протезы, стержни или пластины печатаются на 3D-принтере с использованием металлических или пластмассовых смесей. Заключительный этап проекта предполагает, что полученная модель стерилизуется и передается хирургам. Благодаря широкому спектру инструментов лаборатория принимает и другие заказы и уже используется ортопедами, неврологами и ревматологами.
Государственная служба здравоохранения Великобритании добилась значительных успехов в трехмерной печати – так, в Уэльсе недавно создали первый в мире комбинированный костный трансплантат и представили трехмерную модель операции. Специалисты отмечают предпосылки того, что трехмерная печать все чаще будет использоваться в здравоохранении. В феврале 2018 года в Бристоле открылся новый исследовательский центр Bristol Biomedical Research Center (BRC), в котором предполагается изучать технологии тканевой инженерии путем биопечати. Новые разработки будут основаны на данных существующих исследований сердечно-сосудистой системы и 3D-печатных сердечных имплантатов. [11]
3D-биопринтер для лечения сахарного диабета.
В начале декабря 2017 года австралийский университет Вуллонгонга представил новый настраиваемый 3D-биопринтер, который способен улучшить лечение пациентов с диабетом первого типа.
Изобретатели назвали систему 3D-биопринтером для трансплантации клеток поджелудочной железы (PICT). Новая технология была представлена министру здравоохранения Южной Австралии, а затем передана для использования Королевской больнице Аделаиды, которая стала первой в мире клиникой с подобным оборудованием.
Разработчики поясняют, что система наносит специальные биочернила, содержащие инсулин-продуцирующие островковые клетки, на трансплантируемые 3D-печатные каркасные структуры. Предполагается, что такой метод должен усовершенствовать существующий процесс трансплантации островковых клеток от доноров человека, применяемой для лечения серьезных случаев диабета. Новая технология позволяет снизить риск отторжения пересаженной ткани за счет включения в донорскую ткань клеток пациента.
Кроме того, биопринтер печатает несколько типов клеток, поэтому его каркасная структура также может включать эндотелиоциты, необходимые для роста новых кровеносных сосудов в пересаженной островковой ткани.
Исследовательский совет выделил грант Австралийскому центру передовых технологий в области электроматериалов, который возглавляет профессор Гордон Уоллес (Gordon Wallace), и теперь дальнейшая разработка и улучшение 3D-биопринтера, поступившего в Королевскую больницу Аделаиды, будет проводиться его командой. [12]
Рекомендации FDA для 3D-печати в медицине
4 декабря 2017 года Управление США по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами (FDA) выпустило новые рекомендации по созданию медицинских моделей с помощью 3D-принтеров. В руководстве подробно рассмотрены аспекты проектирования и испытания моделей, а также требования к их качеству.
Хотя трехмерная печать относится к относительно новым технологиям, она уже нашла широкое применение в клинической практике – например, ее используют для воссоздания точных копий сложных анатомических структур и имитаций хирургических операций. Заметив стремительную эволюцию этой технологии, FDA выпустило специальные рекомендации, чтобы помочь производителям более эффективно выводить на рынок 3D-печатные модели. [13]
Печать мобильного детектора инфекций
В октябре 2017 года группа американских инженеров и ученых разработала новый комплекс для диагностики инфекционных заболеваний «на местах», в которой в качестве детектора используется обычный мобильный телефон и диагностический чип размером с кредитную карточку. Решение создано с использованием технологий 3D-печати.
Низкая стоимость, портативность, а также использование обычного мобильного телефона в качестве детектора делает этот диагностический комплекс незаменимым для диагностики инфекционных заболеваний в условиях ограниченных ресурсов или когда результат диагностики нужен немедленно. Интеграция диагностической платформы с современными мобильными коммуникационными системами позволит осуществлять персонализированное лечение пациентов и мониторинг эпидемиологической ситуации.
При этом время получения результатов диагностики сравнимо с временем проведения аналогичных тестов в условиях стационарной лаборатории — около 30 минут. Для сбора и интерпретации в режиме реального времени изображений ферментной умножающей реакции, которая осуществляется в кремниевом микрофлюидном чипе, служащем для визуального отображения результатов тестов, используется обычный смартфон.
Сам комплекс состоит из обычного смартфона и портативного гнезда-подставки, напечатанной на 3D-принтере и содержащей оптико-электронную «начинку», а также специальный интерфейс для камеры смартфона. Работающее в смартфоне приложение осуществляет сбор результатов проведенных с помощью микрофлюидного чипа тестов и данных о пациенте, которые затем передаются в облачную базу данных.
В ходе демонстрационных испытаний комплекс был использован для качественного и количественного анализа в капли крови инфекций, вызывающих заболевания органов дыхания у лошадей – лихорадки Зика, лихорадки Денге и лихорадки Чикунгунья. [14]
Печать искусственного сердца
В июле 2017 года Швейцарский федеральный технологический институт Цюриха (ETH Zurich) представил искусственное сердце, созданное при помощи трехмерной печати. На момент анонса выполненное из силикона изделие было далеко от стадии коммерческой готовности.
Искусственное сердце весом 390 граммов и объемом 679 кубических сантиметров напечатано на 3D-принтере методом литья по выплавляемым моделям. Левый и правый желудочки разделены не перегородкой, а специальной камерой, наполненной сжатым воздухом. Надуваясь и сдуваясь, эта камера имитирует сокращение мышц человеческого сердца и качает кровь.
К моменту демонстрации искусственного сердца оно поддерживает лишь 3000 ударов, то есть может работать от 30 до 45 минут. Для проверки работы сердца ученые использовали передовую тестовую среду, имитирующую сердечно-сосудистую систему человека, и жидкость, имеющую сравнимую с кровью вязкость. Функционирование приспособления запечатлели на видео. [15]
Печать яичников
В мае 2017 года стало известно о 3D-печати яичников, которые позволили бесплодным мышам рожать. Ученые намерены тестировать разработку на людях.
Ученые Северо-западного Университета Чикаго создали искусственный яичник, позволяющий полностью восстановить репродуктивную функцию. В ходе эксперимента бесплодной лабораторной мыши был имплантирован протез, созданный с помощью трехмерной печати. Впоследствии мышата (трое из семи) смогли питаться молоком матери и получить здоровые пометы.
Биопротезы яичников состоят из пористого каркаса из желатиновых чернил, который заполнен фолликулами — крошечными содержащими жидкость мешочками, где хранятся незрелые яйцеклетки. Организм мыши-реципиента фактически координировал развитие тканей яичников, и поток крови через поры помог превратить имплантированную структуру в функциональный биопротез.
Впрочем, стоит отметить, что был напечатан не весь яичник целиком, так как он слишком сложный орган. Ученые создали соединительнотканную основу яичника: принтер заряжали желатином, который получали из коллагена, одного из главных белков соединительной ткани – коллаген был в той форме, в которой он обычно присутствует в яичниках животных. Затем в полученную (напечатанную) желатиновую основу погружали мышиные фолликулы с яйцеклетками внутри.
Пока неясно, подойдет ли такой протез человеку, так как женские фолликулы намного больше и растут быстрее. Однако ученые обещают провести исследования, направленные на развитие идеи в человеческом направлении. [16]
А. Сайфуллин, Приволжский исследовательский медицинский университет (ПИМУ)
Источники:
- http://www.3ders.org/articles/20170713-3d-printing-helps-eth-zurich-scientists-create-beating-silicone-heart.html
- https://techcrunch.com/2017/08/18/this-3d-printed-robotic-arm-is-built-for-sign-language/
- https://www.dotmed.com/news/story/40612?s=newsreg
- https://newatlas.com/3d-printed-prostheses-syria/53685/
- http://zdrav.expert/index.php/Статья:Искусственная_кожа_в_медицине
- https://www.ft.com/content/39079a94-6361-11e8-a39d-4df188287fff
- https://futurism.com/3d-printed-sugar-scaffold-bioengineering/
- http://zdrav.expert/index.php/Компания:SmartARM
- http://zdrav.expert/index.php/Статья:Бионические_протезы
- http://zdrav.expert/index.php/Продукт:Искусственный_интеллект_(ИИ,_Artificial_intelligence,_AI)
- https://3dprintingindustry.com/news/manchester-hospital-saves-166000-bringing-3d-printing-house-materialise-129748/
- http://www.3ders.org/articles/20171211-university-of-wollongongs-pict-3d-bioprinter-could-revolutionize-type-1-diabetes-treatment.html%C2%A0University
- https://www.auntminnie.com/index.aspx?sec=log&URL=https%3a%2f%2fwww.auntminnie.com%2findex.aspx%3fsec%3dsup%26sub%3dadv%26pag%3ddis%26ItemID%3d119319
- https://phys.org/news/2017-10-lab-on-a-chip-smartphone-quickly-multiple-pathogens.html
- http://www.3ders.org/articles/20170713-3d-printing-helps-eth-zurich-scientists-create-beating-silicone-heart.html
- https://www.auntminnie.com/index.aspx?sec=log&URL=http%3a%2f%2fwww.auntminnie.com%2findex.aspx%3fsec%3dsup%26sub%3dadv%26pag%3ddis%26ItemID%3d117471
