Der 3D-Druck mag wie Science-Fiction erscheinen, aber er spielt heute eine wichtige Rolle in der medizinischen Versorgung. Ärzte können diese Technologie nutzen, um Operationen zu verbessern, bessere und erschwinglichere Prothesen und Implantate herzustellen und sogar medizinische Geräte schnell zu entwickeln. Hier sind einige der wichtigsten Möglichkeiten, wie Krankenhäuser und Ärzte den 3D-Druck einsetzen, und wie er Ihre Gesundheitsversorgung in Zukunft verändern könnte.
3D-Druck in Krankenhäusern
Im Jahr 2010 verfügten nur drei Krankenhäuser über eigene 3D-Druckanlagen. Im Jahr 2019 war diese Zahl auf 113 angewachsen. Die Ärzte können sich so die Anatomie ansehen, bevor sie einen Eingriff vornehmen. Sie können sogar vor dem Eingriff daran üben. Dies kann zu besseren Operationsergebnissen führen. Eine 2019 in der Fachzeitschrift JAMA Network Open veröffentlichte Studie ergab, dass Ärzte, die ein 3D-Modell zur Vorbereitung von Nierentumoroperationen verwendeten, über kürzere Operationszeiten, weniger Blutverlust während der Operation und kürzere Krankenhausaufenthalte berichteten. In einer anderen Studie aus dem Jahr 2021 wurde festgestellt, dass langwierige Operationen um 1,5 bis 2,5 Stunden verkürzt werden konnten, wenn die Chirurgen 3D-Modelle zur Vorbereitung verwendeten.
Um Modelle zu erstellen, geben die Ärzte die Bilddaten aus Ihren CT- oder MRT-Scans in ein spezielles Softwareprogramm ein. Daraus wird eine computergestützte Konstruktionsdatei erstellt, die an einen 3D-Drucker gesendet wird, der ein tatsächliches physisches Modell ausdruckt.
Prothetik
Prothesen sind lebensverändernd, wenn man sie braucht. Aber 3D-druckbare Prothesen können das Leben noch mehr verändern. Sie helfen Ingenieuren und Ärzten bei der Entwicklung von Prothesen, die vollständig auf die Person zugeschnitten sind. Außerdem wird diese Technologie dadurch zugänglicher und erschwinglicher, da der 3D-Druck für Verbraucher bedeutet, dass Prothesen zum Selbermachen von jedem und überall gedruckt werden können.
Eine Organisation, die Menschen in Not hilft, ist e-NABLE, ein Netzwerk von ehrenamtlichen Designern, Ingenieuren und Ärzten, die 3D-druckbare Prothesen herstellen. Sie haben bereits mehr als 8.000 Prothesen für Menschen auf der ganzen Welt hergestellt.
Medizinische Implantate
Während Zahnimplantate zu den ersten zugelassenen Anwendungen der 3D-Technologie gehörten, hat die FDA sie inzwischen auch für Knie, Hüften, Knöchel, Wirbelsäule und Schädel zugelassen. Diese Implantate sind oft dünner und preiswerter als herkömmlich hergestellte Implantate. In einer Studie berichteten Menschen, die sich einer Hüftoperation mit einem 3D-Implantat unterzogen, über eine bessere Stabilität und weniger Schmerzen als diejenigen, die ein herkömmliches Implantat erhielten. Eine Theorie besagt, dass die 3D-Implantate das Knochenwachstum stärker fördern als herkömmliche Implantate.
3D-gedruckte Implantate könnten auch dem körpereigenen Knochen ähnlicher sein. Eine Studie über Menschen mit Wirbelsäulenfusionen, die 3D-Implantate verwendet hatten, ergab, dass die Operation fast immer (99 %) erfolgreich war.
Medizinische Ausrüstung
Chirurgische Werkzeuge wie Pinzetten, Klemmen, Hämostate und Retraktoren können jetzt mit 3D-Technologie hergestellt werden. Ein Vorteil ist, dass sie schnell geändert werden können, nachdem die Chirurgen sie benutzt und Feedback gegeben haben. Sie können auch nützlich sein, wenn Probleme in der Lieferkette zu einem Mangel an medizinischen Geräten führen. Während der COVID-19-Pandemie beispielsweise, als Beatmungsgeräte knapp waren, entwickelte ein Team der Oregon Health & Science University ein kostengünstiges Beatmungsgerät, das mit Hilfe der 3D-Drucktechnologie hergestellt wurde. Das Gerät ist so einfach, dass es keinen Strom benötigt und in nur 3 Stunden für weniger als 10 Dollar pro Stück hergestellt werden kann.
Was ist in der Zukunft?
3D-Körpergewebe
Viele große Krankenhäuser können bereits ein 3D-Modell von Körperteilen oder Organen ausdrucken, um Chirurgen bei der Planung eines Eingriffs zu helfen. Diese Gewebe und Organe werden jedoch nur aus Hartplastik oder Gummi hergestellt. Neue Forschungsarbeiten könnten eine authentischere Version hervorbringen. Im Jahr 2020 haben Forscher der Carnegie Mellon University das erste 3D-gedruckte menschliche Herzmodell in Originalgröße hergestellt, das aus einer Substanz namens Alginat besteht, die dem echten Herzgewebe sehr ähnlich ist. Dies erleichtert Chirurgen das Schneiden und Manipulieren des Modells, so wie sie es bei einem medizinischen Eingriff an einem echten Herzen tun würden.
Eine Herausforderung bestand darin, die Organe während des Drucks zusammenzuhalten, da sich das biologische Material, das als Biolink bezeichnet wird, aufgrund der Schwerkraft oft bewegt. Den Forschern der Carnegie Mellon University gelang es, ihr Herz mit einer Technik herzustellen, die als Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH) bekannt ist. Dabei wird mit einer Nadel eine Lösung aus biologischem Material (Biolink) in ein weiches Hydrogel gespritzt, das das Objekt beim Druck unterstützt. Anschließend wird das Hydrogel durch Wärmezufuhr zum Schmelzen gebracht.
Die Hoffnung ist, dass Modelle wie dieses eines Tages in der Lage sein werden, eine Struktur zu schaffen, an der Zellen haften und wachsen können, was es Ärzten ermöglichen wird, menschliche Organe zu reparieren oder sogar vollständig zu ersetzen.
3D-Pillen
Mit dem Übergang zu einer stärker personalisierten Medizin hofft man, dass 3D-Pillen diesen Weg mitgehen. Dies ermöglicht es den Apothekern, schnell Pillen herzustellen, deren Dosierung, Form, Größe und Freisetzungseigenschaften auf jeden Menschen zugeschnitten sind. Derzeit gibt es nur ein 3D-Medikament: Spritam (Levetiracetam), ein Antiepileptikum, das 2015 von der FDA zugelassen wurde. Es erlaubt Ärzten, eine sehr hohe Dosis zu verschreiben, die mit herkömmlichen Methoden nicht möglich ist.
3D-Pillen haben sich jedoch nicht durchgesetzt, unter anderem weil es eine Weile dauert, sie zu drucken. Forscher haben jedoch eine neue Drucktechnik entwickelt, bei der das Medikament in einer chemischen Lösung aufgelöst wird, die durch Licht aktiviert wird. Dadurch kann es sich schnell verfestigen und eine gedruckte Tablette bilden. Einige Medikamente können jetzt in nur 7 Sekunden gedruckt werden. Die Forscher hoffen, dass es eines Tages möglich sein wird, Tabletten mit dem Licht Ihres Smartphone-Bildschirms zu drucken.
