Převrat v medicíně: 3D tisk kloubů a kostí
Kyčelní klouby, kostní implantáty, sluchové pomůcky, zubní korunky nebo náhrady části páteře. Na trojrozměrných tiskárnách už vědci umějí vyrobit různé části těla.
To, co bylo ještě nedávno z říše sci-fi, se nyní stává realitou. Technologii 3D tisku zatím nejčastěji používají lékaři v ortopedii. Díky nové technologii se u kloubů dá docílit dokonalého napodobení pórovitého povrchu kosti. Takto upravený materiál tělo mnohem lépe přijímá, zkracuje se doba hojení a umělý kloub déle vydrží.
Firmy umějí vyrábět implantáty na míru například onkologickým pacientům s rakovinou pánve, kteří by jinak strávili zbytek života na lůžku. „Čeští lékaři dosud touto metodou provedli zhruba 1 800 náhrad kyčelního kloubu a 1 260 náhrad kolenního kloubu,“říká Pavel Růžička z katedry biomechaniky člověka při ČVUT v Praze.
Výhoda trojrozměrného tisku z titanového prášku spočívá v tom, že umožňuje vyrábět prototypy jakýchkoliv tvarů, kterých by se běžným frézováním nikdy nedosáhlo.
„Nové materiály využíváme zejména při revizních operacích totální endoprotézy kyčelního kloubu,“říká profesor David Pokorný z 1. ortopedické kliniky 1. LF UK ve FN Motol. Totální endoprotézu kyčlí vyrobenou na 3D tiskárně přitom na této klinice dostane zhruba každý druhý pacient, který podstoupí reoperaci.
Moderní kloubní náhrady využívají také například v Krajské nemocnici v Liberci. Společně s Ústavem pro pokročilé technologie nyní vyvíjejí implantáty, které by dokázaly nahradit část lebky pacienta třeba po těžké autonehodě.
Techniku 3D tisku využívají čím dál častěji také stomatologické ordinace, například při výrobě zubních korunek. Zubař nasnímá speciální minikamerou do počítače chrup pacienta a oblasti, které je potřeba ošetřit a opravit. Díky speciálnímu softwaru si stomatolog náhradu vymodeluje a pak vytiskne na trojrozměrné tiskárně.
Medicínský průmysl je dnes třetí největší oblastí aplikace 3D tisku, podle informací ČVUT zaujímá 15 procent trhu.
áhradní kyčelní klouby vytištěné na 3D tiskárně na první pohled jako klouby nevypadají. Kyčelní dřík připomíná spíše ozdobnou dýku, náhradní jamka pánevní kosti vypadá jako šperk ve tvaru houby. „Nové metody 3D tisku kloubů jsou geniální hned z několika důvodů,“říká profesor David Pokorný z 1. ortopedické kliniky 1. lékařské fakulty ve Fakultní nemocnici Motol, kde moderní implantáty při totálních endoprotézách kyčlí používají. Bere přitom do ruky kyčelní dřík a ukazuje na jeho síťkovaný povrch.
Jsme v kladenské firmě Prospon, kde kloubní náhrady tisknou z titanového prášku. „Tyto malé komůrky o rozměrech kolem 400 až 500 mikrometrů normální frézou nikdy nevyrobíte, lze je vytvořit právě jen na 3D tiskárně,“vysvětluje šéf firmy Zdeněk Čejka.
A profesor Pokorný doplňuje, proč je tato zdánlivá drobnost tak důležitá. Povrch běžného titanového implantátu je hladký, jen lehce uměle zdrsněný. Jenže kost je pórovitá, takže hladký cizorodý předmět nepřijme zcela za svůj. Pouze ho obklopí, ale k pevnému spojení obou povrchů nedojde.
Implantáty vytištěné na 3D tiskárnách, to je něco jiného. Kostní buňky s pórovitým implantátem přirozeně srostou. „Když vědci zjistili, jak velké mezírky kostním buňkám vyhovují, byl to pro ortopedii velký zlom. Doslova jako když chytáte ryby a hodíte jim návnadu, na kterou se dokonale chytí,“říká profesor Pokorný a ukazuje další implantáty různých tvarů – ovály, půlkruhy, půlměsíce. I toto umí jen 3D tisk, normálním frézováním by člověk takových tvarů u náhradních kloubů nedosáhl. A to je zvlášť důležité pro takzvané reoperace endoprotézy kyčelního kloubu. Pacient, kterému například před 15 lety už jednou kyčel operovali, začíná mít kvůli opotřebení opět problémy.
Šance na život v pohybu
Na řadu přicházejí další části lidského těla. Tentokrát plastové makety pánevní kosti – zatímco první vypadá zdravě, druhá kost se v levé dolní části rozpadá. „Je to model pánve onkologického pacienta s nádorem pánevní kosti,“vysvětluje profesor Pokorný. Z plastu jsou i návrhy implantátů, které mají kostní defekt vyplnit a jež výrobci nejprve posílají ke schválení lékařům na kliniku. Díky kostním implantátům přitom onkologičtí pacienti nejsou odsouzeni na doživotní pobyt na lůžku a mohou se ještě několik let za pomoci nové kostní náhrady pohybovat.
Ve vedlejší místnosti sedí u počítačů šest projektantů. Tým lékařů z ortopedické kliniky v Motole sem průběžně posílá výsledky vyšetření pacientů, kterým tady vyrobí implantáty na míru.
Jeden z projektantů si právě prohlíží snímky kostí šestiletého pacienta, který má těžké poškození pánve. Bude potřebovat implantát, který mu chybějící části kostí nahradí. „Nejprve mi přijdou z kliniky snímky z CT vyšetření pacienta. Počítač převede snímek do zhruba 4 000 samostatných miniaturních řezů. Jednotlivé řezy se poté vrství jeden na druhý, čímž se postupně vytvoří celý tvar implantátu,“vysvětluje.
Teď pracuje na implantátu o rozměru několika centimetrů, který lékaři poté připevní na chlapcovu pánev. Projektoval už ale i například celou novou stehenní kost pro pacienta s rakovinou kostí. Příprava takového modelu zabere zhruba čtrnáct dnů.
„Nejprve implantát vytiskneme v plastovém modelu, který pošleme na ortopedickou kliniku v Motole ke konzultaci. Teprve poté se implantát vytiskne naostro z titanového prášku,“popisuje proces Zdeněk Čejka. Implantát se tiskne zhruba dva dny ve speciálním boxu, který připomíná inkubátor.
V kladenské firmě teď pracují na chytré náhradě velkého kloubu. Endoprotéza by měla mít uvnitř elektroniku a na sobě antibakteriální povlak, který dokáže uvolnit antibiotika. „Měla by sama automaticky hlásit riziko infekce a lékaři by pak mohli aktivovat antibiotickou složku a včas zahájit léčbu,“popisuje Čejka.