3D-Druck in der Medizin – Diese 5 Bereiche haben das größte Potential

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Ärzte des Austin Hospital in Melbourne haben eine Abhandlung zum Thema 3D-Druck in der Medizin veröffentlicht, in der sie die fünf Bereiche identifizieren, welche ihrer Ansicht nach das größte Potential aufweisen. Neben Bioprinting und Arzneimittel sehen sie patientenspezifische Modelle für OP-Planung, Prothesen und die dezentrale Fertigung von medizinischen Produkten als zentrale Gebiete.

Das Paper mit dem Titel „Three-dimensional printing in medicine“ wurde von Jason Chuen, Spezialist für Gefäßchirurgie, Dr. Jasamine Coles-Blak und Ian Chao im Medical Journal of Australia veröffentlicht.

Bioprinting und Tissue Engineering

Auch wenn die Möglichkeit komplett 3D-gedruckter Organe noch in ferner Zukunft liegt, ist Dr. Chuen ist davon überzeugt, dass Bioprinting von menschlichen Gewebestrukturen grundlegende Organfunktionen erfüllen und somit schon bald einige Transplantate ersetzen kann.

Wissenschaftler stellen derzeit sogenannte Organoide her, welche funktionale kleine Einheiten großer Organe darstellen und für Forschungszwecke genutzt werden können. Die Herausforderung besteht nun darin diese Organoide als größere Strukturen zu drucken, welche die Funktion von beschädigten Organen verbessern können.

Bei 3D-Bioprinting werden in Nährlösung suspendierte Zellkulturen in Gel gedruckt, welches die wässrige Lösung stabilisiert. Innerhalb dieses Gels sterben die Zellen allerdings innerhalb von Minuten, wenn sie nicht zurück in eine Nährlösung transferiert werden. Für kleinere Modelle wie Organoide stellt dies kein Problem dar; bei größeren Strukturen wie Organen würden die Zellen jedoch sterben, bevor das Organ fertig gedruckt ist.

„Sollte kein Durchbruch erzielt werden, der es uns ermöglicht Zellen während des Druckvorgangs am Leben zu halten, dann wird der 3D-Druck eines kompletten menschlichen Organs unmöglich bleiben,“ so Chuen. „Jedoch besteht Potential der Herstellung von Organoiden oder Strukturen die wir zu einer Art funktionellen Organen kombinieren können.“

Pharmakologie

Gerade ältere Menschen nehmen täglich mehrmals eine ganze Reihe von Tabletten ein. Was wäre jedoch, wenn man diese durch die Verabreichung einer einzigen Tablette ersetzen könnte? 3D-Druck könnte es zukünftig möglich machen maßgeschneiderte Medikamente herzustellen.

Einzelne Tablette würden dabei so zusammengestellt werden, dass sie mehrere Wirkstoffe beinhalten, die über einen bestimmten Zeitraum freigesetzt werden. Möglicherweise könnten Ärzte ihren Patienten dann zukünftig nur noch eine digitale Datei zum 3D-Druck anstatt Rezepte für Medikamente mitgeben.

Modelle zur OP-Planung

Studien haben bereits gezeigt, dass Operationen, bei denen Chirurgen zuvor anhand eines 3D-gedruckten Modells den Eingriff planen konnten, schneller durchgeführt werden können und mit geringerem Trauma für den Patienten einhergehen. Zudem werden damit verbundene Kosten dadurch gesenkt.

3D-gedruckte Aorta, Bild: Austin Health 3D Medical Printing Laboratory

Auch Dr. Coles-Black und Dr. Chuen arbeiten bereits mit 3D-gedruckten Modellen, die basierend auf CT- oder MRT-Daten hergestellt werden. Hierfür wird neben einem 3D-Drucker auch die geeignete Software benötigt.

Maßgeschneiderte Prothesen

Bereits kurz nachdem die 3D-Drucktechnologie sich etabliert hatte, begann man ihr Potential für den Einsatz bei der Produktion von maßgeschneiderten Prothesen zu sehen. Prothesen werden entweder in Serie hergestellt oder aufwendig individuell angefertigt, was mit hohen Kosten verbunden ist. Gerade in diesem Bereich kann speziell die additive Fertigung ansetzen, um auf Patienten angepasste Prothesen oder auch Implantate zu produzieren.

Dezentrale Fertigung

3D-Druck ermöglicht nicht nur maßgeschneiderte medizinische Produkte und Medikamente, sondern auch deren lokale Fertigung. Lagerhäuser für solche Produkte könnten zukünftig durch Kataloge von digitale Design-Dateien ersetzt werden, die von Krankenhäusern und Apotheken bei Bedarf heruntergeladen und ausgedruckt werden können.

Dies würde die Verfügbarkeit von medizinischen Produkten weltweit auf eine gleiche Ebene stellen, solange Zugang zur Technologie sowie die dafür nötigen Materialien zur Verfügung stehen.

Chuen warnt aber auch vor den damit verbundenen Gefahren hinsichtlich Qualitätskontrolle. Hier könnte es zu einer Verschiebung der Haftbarkeit vom Anbieter zu dem Standort geben, an dem die Produkte dann tatsächlich gedruckt werden.

Für Chuen gilt es aber vorerst eine aktuelle Herausforderung zu bewältigen – nämlich die 3D-Drucktechnologie dem medizinischen Personal näher zu bringen um diese somit schneller in dem Bereich zu etablieren.

„Es ist eine revolutionäre Technologie, welche die medizinische Versorgung besser, schneller und persönlicher gestalten wird. Was jedoch derzeit notwendig ist, ist das Erforschen und Experimentieren um herauszufinden, wozu diese neue Technologie fähig ist. Viele Dinge von denen wir dachten sie seinen unmöglich werden jetzt möglich. Ich denke wir bewegen und in Richtung einer Welt, in der Dinge die wir uns vorstellen gedruckt werden können – also müssen wir damit beginnen.“