3D打印如何實(shí)現(xiàn)醫(yī)療保健個(gè)性化
3D 打印正在改變醫(yī)療保健,使醫(yī)療保健領(lǐng)域從大規(guī)模生產(chǎn)的解決方案轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)每個(gè)患者的需求量身定制的治療方法。例如,研究人員正在開(kāi)發(fā)專為兒童設(shè)計(jì)的 3D 打印假肢,由輕質(zhì)材料和適應(yīng)性強(qiáng)的控制系統(tǒng)制成。
本文引用地址:http://www.2s4d.com/article/202505/470689.htm3D 打印假肢的這些持續(xù)進(jìn)步表明它們?cè)絹?lái)越可負(fù)擔(dān)和可及。像這樣的個(gè)性化假肢成功案例突出了 3D 打印的優(yōu)勢(shì),在這種打印中,使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件生成的物體模型被轉(zhuǎn)移到 3D 打印機(jī)上并逐層構(gòu)建。
我們是一名從事 3D 打印工作的生物醫(yī)學(xué)工程師和化學(xué)家。我們研究了這項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù)如何不僅為假肢提供新的選擇,而且為植入物、手術(shù)計(jì)劃、藥物制造和其他醫(yī)療保健需求提供新的選擇。3D 打印能夠用各種材料制造形狀精確的物體,這導(dǎo)致了定制替換關(guān)節(jié)和定制劑量的多藥丸等。
更好的身體部位
醫(yī)療保健領(lǐng)域的 3D 打印始于 1980 年代,科學(xué)家們使用立體光固化成型技術(shù)等技術(shù)逐層創(chuàng)建原型。立體光固化成型技術(shù)使用計(jì)算機(jī)控制的激光束將液體材料固化成特定的 3D 形狀。醫(yī)療領(lǐng)域很快就看到了這項(xiàng)技術(shù)的潛力,即創(chuàng)造專為每位患者設(shè)計(jì)的植入物和假肢。
最早的應(yīng)用之一是創(chuàng)建組織支架,這是支持細(xì)胞生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)。波士頓兒童醫(yī)院 (Boston Children's Hospital) 的研究人員將這些支架與患者自身的細(xì)胞相結(jié)合,以構(gòu)建替代膀胱。患者在接受植入物后多年保持健康,這表明 3D 打印結(jié)構(gòu)可以成為耐用的身體部位。
隨著技術(shù)的進(jìn)步,重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到生物打印上,它使用活細(xì)胞來(lái)創(chuàng)建工作解剖結(jié)構(gòu)。2013 年,Organovo 創(chuàng)造了世界上第一個(gè) 3D 生物打印的肝組織,為創(chuàng)造用于移植的器官和組織開(kāi)辟了令人興奮的可能性。但是,盡管生物打印取得了重大進(jìn)展,但創(chuàng)造完整的功能性器官(例如用于移植的肝臟)仍處于實(shí)驗(yàn)階段。目前的研究重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)更小、更簡(jiǎn)單的組織和改進(jìn)生物打印技術(shù),以提高細(xì)胞活力和功能。這些努力旨在彌合實(shí)驗(yàn)室成功與臨床應(yīng)用之間的差距,最終目標(biāo)是為有需要的患者提供可行的器官替代物。
3D 打印已經(jīng)徹底改變了假肢的創(chuàng)造。它允許假肢制造商生產(chǎn)出最適合患者的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的定制設(shè)備。他們可以為每個(gè)人定制假肢,并隨著孩子的成長(zhǎng)輕松更換它們。
3D 打印植入物(例如髖關(guān)節(jié)置換術(shù)和脊柱植入物)提供更精確的配合,這可以提高它們與身體的整合程度。傳統(tǒng)植入物通常只有標(biāo)準(zhǔn)形狀和尺寸。
一些患者在事故后接受了定制的鈦面部植入物。其他人的部分頭骨被 3D 打印的植入物替換。
此外,3D 打印在牙科領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。Invisalign 等公司使用 3D 打印制造用于牙齒矯正的定制矯正器,展示了個(gè)性化牙科護(hù)理的能力。
科學(xué)家們還在探索用于 3D 打印的新材料,例如可能替代受損軟骨的自修復(fù)生物玻璃。此外,研究人員正在開(kāi)發(fā) 4D 打印技術(shù),這種打印技術(shù)可以制造出可以隨著時(shí)間的推移而改變形狀的物體,從而有可能產(chǎn)生能夠適應(yīng)身體需求的醫(yī)療設(shè)備。
例如,研究人員正在研究可以響應(yīng)血流變化的 3D 打印支架。這些支架旨在根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)張或收縮,從而降低阻塞風(fēng)險(xiǎn)并改善患者的長(zhǎng)期預(yù)后。
模擬手術(shù)
三維打印的解剖模型通??梢詭椭饪漆t(yī)生了解復(fù)雜病例并改善手術(shù)結(jié)果。這些模型由 X 射線和 CT 掃描等醫(yī)學(xué)圖像創(chuàng)建,允許外科醫(yī)生在手術(shù)前練習(xí)程序。
例如,兒童心臟的 3D 打印模型使外科醫(yī)生能夠模擬復(fù)雜的手術(shù)。這種方法可以縮短作時(shí)間、減少并發(fā)癥并降低成本。
個(gè)性化藥品
在制藥行業(yè),制藥商可以 3D 打印個(gè)性化的藥物劑量和給藥系統(tǒng)。能夠精確地對(duì)藥物的每個(gè)成分進(jìn)行分層意味著他們可以制造出每位患者所需的確切劑量的藥物。3D 打印的抗癲癇藥物 Spritam 于 2015 年獲得美國(guó)食品和藥物管理局的批準(zhǔn),可提供非常高劑量的活性成分。
使用 3D 打印的藥物生產(chǎn)系統(tǒng)正在制藥廠之外找到歸宿。這些藥物可能由社區(qū)藥房制造和交付。醫(yī)院開(kāi)始使用 3D 打印在現(xiàn)場(chǎng)制造藥物,從而允許根據(jù)患者的年齡和健康狀況等因素制定個(gè)性化的治療計(jì)劃。
但是,需要注意的是,3D 打印藥物的法規(guī)仍在制定中。一個(gè)問(wèn)題是印后處理可能會(huì)影響藥物成分的穩(wěn)定性。建立明確的指導(dǎo)方針并決定 3D 打印應(yīng)該在哪里進(jìn)行也很重要——無(wú)論是在藥店、醫(yī)院還是在家中。此外,藥劑師需要對(duì)這些新系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的培訓(xùn)。
面向未來(lái)的打印
盡管 3D 打印在醫(yī)療保健領(lǐng)域的總體進(jìn)展非常迅速,但仍然存在重大挑戰(zhàn)和機(jī)遇。其中包括需要開(kāi)發(fā)更好的方法來(lái)確保 3D 打印醫(yī)療產(chǎn)品的質(zhì)量和安全??韶?fù)擔(dān)性和可及性也仍然是重大問(wèn)題。有關(guān)植入材料的長(zhǎng)期安全問(wèn)題,例如潛在的生物相容性問(wèn)題和納米顆粒的釋放,需要嚴(yán)格的測(cè)試和驗(yàn)證。
雖然 3D 打印有可能降低制造成本,但對(duì)設(shè)備和材料的初始投資可能會(huì)成為許多醫(yī)療保健提供者和患者的障礙,尤其是在服務(wù)不足的社區(qū)。此外,缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的工作流程和訓(xùn)練有素的人員可能會(huì)限制 3D 打印在臨床環(huán)境中的廣泛采用,從而阻礙那些最能受益的人獲得 3D 打印。
從好的方面來(lái)看,可以有效利用大量高度詳細(xì)的醫(yī)療數(shù)據(jù)的人工智能技術(shù)可能會(huì)被證明對(duì)于開(kāi)發(fā)改進(jìn)的 3D 打印醫(yī)療產(chǎn)品至關(guān)重要。具體來(lái)說(shuō),AI 算法可以分析患者特定的數(shù)據(jù),以優(yōu)化 3D 打印植入物和修復(fù)體的設(shè)計(jì)和制造。例如,植入物制造商可以使用 AI 驅(qū)動(dòng)的圖像分析從 CT 掃描和 MRI 創(chuàng)建高度準(zhǔn)確的 3D 模型,用于設(shè)計(jì)定制的植入物。
此外,機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以預(yù)測(cè) 3D 打印假肢的長(zhǎng)期性能和潛在故障點(diǎn),使假肢設(shè)計(jì)人員能夠進(jìn)行優(yōu)化以提高耐用性和患者安全性。
3D 打印不斷打破界限,包括身體本身的界限。加州理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)了一種技術(shù),該技術(shù)使用超聲波將注入體內(nèi)的液體轉(zhuǎn)化為 3D 形狀的凝膠。該方法有一天可用于輸送藥物或更換組織。
總體而言,該領(lǐng)域正在迅速朝著個(gè)性化治療計(jì)劃發(fā)展,這些計(jì)劃與每位患者的獨(dú)特需求和偏好密切相關(guān),這得益于 3D 打印的精度和靈活性。
評(píng)論