Σκηνή από το μέλλον: Αστροναύτης ο οποίος βρίσκεται σε αποστολή στον πλανήτη Άρη σπάει την κνήμη του. Χρησιμοποιώντας μια φορητή συσκευή σάρωσης, το πλήρωμα παίρνει εικόνες του σημείου που έχει υποστεί βλάβη και τις στέλνει στη Γη. Στη συνέχεια, ορθοπεδικοί χειρουργοί χρησιμοποιούν έναν 3D εκτυπωτή προκειμένου να δημιουργήσουν ένα ακριβές αντίγραφο του ποδιού του αστροναύτη από ιατρικά αρχεία που είχαν καταχωρηθεί πριν από το ταξίδι.

Οι χειρουργοί (στη Γη) χρησιμοποιούν ένα ρομπότ για να σταθεροποιήσουν το οστό με μια μεταλλική πλάκα στο 3D αντίγραφο. Τα δεδομένα μεταδίδονται πίσω στον Άρη, όπου τα χειρουργικά εργαλεία, μια εξατομικευμένη μεταλλική πλάκα και οι βίδες είναι 3D ρέπλικες. Τέλος, ένα ρομπότ - χειρουργός κάνει τη χειρουργική επέμβαση στον τραυματισμένο αστροναύτη.

Ο Ivar Mendez, νευροχειρουργός και ερευνητής ρομποτικής ιατρικής μιλά στο theconversation.com για τις εξελίξεις και εφαρμογές της τρισδιάστατης εκτύπωσης στην ιατρική και την περίθαλψηΥπό την ιδιότητα του ως μέλος της Ομάδας Εμπειρογνωμόνων για την Υγειονομική Περίθαλψη και τους Βιοϊατρικούς Ρόλους στο πρόγραμμα Deep Space Human Spaceflight  του Καναδικού Οργανισμού Διαστήματος, σημειώνει ότι, παρόλο που η 3D εκτύπωση στο Διάστημα βρίσκεται ακόμη σε πολύ πρώιμο στάδιο… στη Γη συντελείται ήδη μια επανάσταση που θα αλλάξει την υγειονομική περίθαλψη.

Τί είναι το 3D printing

Η τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing) είναι μέθοδος προσθετικής κατασκευής στην οποία κατασκευάζονται αντικείμενα κάθε μεγέθους και σχήματος, μέσω της διαδοχικής πρόσθεσης επάλληλων στρώσεων υλικού, με τη χρήση ενός ψηφιακού μοντέλου. Η δυνατότητα στρωματοποίησης επιτρέπει την κατασκευή σύνθετων σχημάτων, όπως η περίπλοκη δομή των οστών ή των αγγείων, που θα ήταν αδύνατο να δημιουργηθούν με άλλες μεθόδους.

Η εξέλιξη των υπολογιστών και η δυνατότητα μετάφρασης της ιατρικής απεικόνισης -όπως οι ακτίνες Χ, η αξονική τομογραφία (CT), η μαγνητική τομογραφία (MRI) και το υπερηχογράφημα- στα ψηφιακά μοντέλα που μπορούν να «διαβάσουν» οι 3D εκτυπωτές διευρύνουν πολλαπλά τις εφαρμογές στον χώρο της υγείας. Η τρισδιάστατη εκτύπωση ανοίγει έναν ορίζοντα εκπληκτικών δυνατοτήτων, όπως η βιο-εκτύπωση ζωντανών ιστών με «βιολογική μελάνη».

Ένα ακόμη εξαιρετικό πλεονέκτημα της 3D εκτύπωσης είναι ότι επιτρέπει την εξατομίκευση της υγειονομικής περίθαλψης, από προσθετικά μέλη και φάρμακα μέχρι όργανα. Η εν λόγω τεχνολογία μπορεί επίσης να μειώσει το κόστος παραγωγής ιατρικών συσκευών, χειρουργικών εργαλείων και άλλων προϊόντων σχετικών με την περίθαλψη.

Επί του παρόντος... 

Επί του παρόντος, η τρισδιάστατη εκτύπωση χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή βοηθημάτων ακοής και στην οδοντιατρική. Το 2013, κυκλοφόρησαν παγκοσμίως 10 εκατ. τρισδιάστατα βοηθήματα βαρηκοΐας. Ο τεράστιος αυτός αντίκτυπος στη βιομηχανία ακουστικών ονομάστηκε «ήσυχη επανάσταση» καθώς πέρασε σχεδόν απαρατήρητος. Πριν από την 3D εκτύπωση, χρειαζόταν μία εβδομάδα για να κατασκευαστεί ένα ακουστικό βοήθημα. Τώρα μόνο λίγες ώρες. Η ανάπτυξη προηγμένων και (με εξαιρετική ακρίβεια) 3D σαρωτών και νέων 3D οδοντιατρικών υλικών που μπορούν να εκτυπωθούν οδήγησε επίσης σε μία επανάσταση όσον αφορά την τεχνολογία της οδοντιατρικής.

Το 2016, η Υπηρεσία Διαχείρισης και Ελέγχου Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA) ενέκρινε το υλικό τρισδιάστατης οδοντοτεχνικής εκτύπωσης, γεγονός που έδωσε το «πράσινο φως» στους οδοντιάτρους  για την προμήθεια 3D εκτυπωτών. Η ιδέα της παραγωγής ορθοδοντικών συσκευών ή αφαιρούμενων οδοντοστοιχιών με το πάτημα ενός κουμπιού στο γραφείο του οδοντιάτρου δεν απέχει πολύ από την πραγματικότητα.

Τεχνητά μέλη και κοινωνικές ανισότητες

Ίσως ο μεγαλύτερος αντίκτυπος της τρισδιάστατης εκτύπωσης αφορά τη συμβολή στη ελαχιστοποίηση των ανισοτήτων με την παραγωγή φτηνών προϊόντων υγειονομικής περίθαλψης για πολίτες χαμηλού εισοδήματος. Τα τεχνητά μέλη για όσους είχαν σοβαρά ατυχήματα αποτελούν ένα σπουδαίο επίτευγμα.

Για παράδειγμα, οι νάρκες ξηράς στις ζώνες των συγκρούσεων σε Αφρική και Ασία έχουν καταστροφικές συνέπειες για τον τοπικό πληθυσμό. Τα φθηνά  3D εκτυπωμένα τεχνητά μέλη που είναι απολύτως προσαρμοσμένα στις ανάγκες κάθε ανθρώπου ξεχωριστά και εκτυπωμένα σε μια μέρα, έχουν βοηθήσει σε μεγάλο βαθμό όσους έχουν υποστεί ακρωτηριασμούς από νάρκες.

Δίκτυα εθελοντών όπως το e-NABLE και το NotImpossible βοηθούν στην παροχή προσιτών τεχνητών μελών από 3D. Μόνο το 2017, παρήχθησαν 300 προθέσεις χεριών για τραυματίες πολέμου και άτομα με αναπηρία με περιορισμένες οικονομικές δυνατότητες.

Μεταμοσχεύσεις προσώπου και επεμβάσεις στη σπονδυλική στήλη

Οι χειρουργικές εφαρμογές της τρισδιάστατης εκτύπωσης εξελίσσονται ταχύτατα, από την παραγωγή μοντέλων για χειρουργικό σχεδιασμό μέχρι τα βιολογικά ενεργά εμφυτεύματα για κρανιοπροσωπική ανακατασκευή. Στο καναδικό Πανεπιστήμιο του Saskatchewan, η 3D απεικόνιση ενός αντιγράφου ανθρώπινου εγκεφάλου από μαγνητική τομογραφία χρησιμοποιείται για τον σχεδιασμό περίπλοκων νευροχειρουργικών επεμβάσεων σε ασθενείς με κινητικές διαταραχές. Η χειρουργική επέμβαση περιλαμβάνει εμφύτευση ηλεκτροδίων που στοχεύουν δομές σε μέγεθος μπιζελιού στα βάθη του εγκεφάλου.

Οι χειρουργοί έχουν χρησιμοποιήσει παρόμοια τρισδιάστατα τυπωμένα μοντέλα για να σχεδιάσουν πολύπλοκες χειρουργικές επεμβάσεις. Οι χειρουργικές συσκευές που εμφυτεύονται, όπως το πρόσφατα εγκεκριμένο από τη FDA  τρισδιάστατα εκτυπωμένο εμφύτευμα οστών τιτανίου επικαλυμμένο με βιοδραστικούς παράγοντες που βοηθούν την ανάπτυξη των οστών, βρίσκονται ήδη στο στάδιο της εφαρμογής.

Εκτύπωση ζωντανών οργάνων

Ένα συναρπαστικό πεδίο με τεράστιες δυνατότητες για το μέλλον είναι η κατασκευή τρισδιάστατων φαρμάκων. Το πρώτο 3D εκτυπωμένο φάρμακο που έχει εγκριθεί από τη  FDA είναι το φάρμακο κατά των επιληπτικών κρίσεων. Η 3D εκτύπωση επιτρέπει τη δημιουργία μιας εξαιρετικά πορώδους δομής που μπορεί να «φορτώσει» μεγάλη δόση της δραστικής ουσίας σε ένα ταχέως διαλυτό χάπι.

Η δυνατότητα παραγωγής αμιγώς εξατομικευμένων φαρμάκων, τα οποία βελτιστοποιούν τα ευεργετικά αποτελέσματα μειώνοντας παράλληλα τις παρενέργειες και τα οποία «γίνονται» (εκτυπώνονται)  σε πραγματικό χρόνο με τη χρήση ψηφιακών συνταγών, θα μπορούσαν να αλλάξουν εκ βάθρων τη φαρμακοβιομηχανία. Μία από τις πιο ελπιδοφόρες εξελίξεις της 3D εκτύπωσης αφορά το bioprinting, την εκτύπωση ζωντανού ιστού. Έχουν γίνει μεγάλα βήματα στην κατασκευή ιστών που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για μεταμοσχεύσεις οργάνων.

Η κλινική κατασκευή βιολογικά ενεργών σύνθετων δομών, όπως ο λειτουργικός ιστός των σκελετικών μυών ή του ήπατος, είναι πολλά υποσχόμενη. Οι λειτουργικές κατασκευές ανθρώπινου ήπατος ή νεφρών - γνωστές ως lab on a chip organ - θα έχουν τεράστιο αντίκτυπο στην ιατρική έρευνα, την ανακάλυψη φαρμάκων και την τοξικολογία. Πιθανώς δε, η εξέλιξη αυτή να επηρεάσει ένα άλλο τεράστιο ζήτημα, τη διεξαγωγή πειραμάτων σε ζώα.