Печатайте на здоровье. Как ученые создают импланты с помощью 3D-принтера
Всегда кажется, что высокие технологии в медицине от пациентов далеки. Однако молодые российские учёные здесь и сейчас работают над проектами, которым может позавидовать Запад. Из чистого любопытства В современной науке есть тенденция: всё сложное выглядит максимально просто. Лаборатория аддитивных технологий Приволжского исследовательского медицинского университета (ПИМУ) расположена в небольшом кабинете. Здесь на столах стоят обычные с виду принтеры. О том, что работа лаборатории связана с медициной, напоминают лишь разложенные по комнате стопы, кости, черепа и челюсти - всё из пластика. «Лаборатория открылась три года назад, - вспоминает врач травматолог-ортопед, руководитель лаборатории аддитивных технологий ПИМУ Роман Горбатов. - К руководству обратились деловые партнёры из Москвы с пилотным проектом печати ортезов на 3D-принтере, предоставили на прокат оборудование. Нам за два-три месяца удалось создать почти все формы отрезов для лучезапястного сустава, кисти, предплечья. Таких ортопедических изделий в продаже тогда просто не было». Ортезы - отличная альтернатива гипсу. Их сетчатая структура позволяет коже дышать. С ними можно принимать душ. При нарастании отёка гипс начинает давить. Пациенту приходится идти в поликлинику, теряя время в многочасовых очередях. При том что одна часть ортеза твёрдая, её сложно изменить, другие - более мягкие. Человек, нагрев их самостоятельно феном, может ослабить давление или усилить фиксацию без лишних визитов к врачу. В лаборатории при помощи сканера измеряют размер области, которую хотят зафиксировать. Затем на компьютере создают 3D-модель ортеза и отправляют её на печать. Такой индивидуальный подход позволяет улучишь результат заживления перелома. Ортопедические изделия прошли клиническую апробацию у нижегородских травматологов и в ряде клиник Москвы. Стало понятно, направление 3D-печати в медицине очень перспективное. Сотрудники лаборатории стали участвовать в конкурсах на получение грантов. На грантовые деньги удалось закупить собственную технику: пять 3D-принтеров, три сканера, мощный компьютер и оборудование для создания высокоточных форм. Стоит хороший 3D-принтер в среднем 400 тысяч руб. В использовании прост и трудолюбив. «Он работать может несколько часов подряд, - объясняет лаборант-исследователь Александр Казаков. - Заряжаешь в принтер катушку из пластика, отправляешь изделие на печать. Самое сложное - процесс 3D-моделирования. Мы же не игрушки создаём - импланты, макеты для операций. Я сам закончил медакадемию, но со мной часто работают практикующие врачи». Не надо миллионов Через полгода после начала работы сотрудники лаборатории запустили проект по созданию костнозамещающих имплантов. Их можно устанавливать онкологическим больным. «У человека обнаруживают злокачественную опухоль костной ткани, - продолжает Роман Горбатов. - Хирургически выпилить этот фрагмент можно, но без части кости рука или нога полноценно функционировать не будут. Индивидуальные онкологические протезы стоят около 1 млн руб. По квоте ждать их пациентам приходится месяцами. Мы предложили альтернативу. Моделируем и печатаем на 3D-принтере пластиковую форму будущего импланта. Выстилаем её специальным материалом - частицы пластика в организм попадать не должны. Далее в форму наливается костнозамещающий материал. После затвердевания имплант готов для установки пациенту. Скорость изготовления небольшого импланта - 6-8 часов при средней стоимости работы в 20 тыс. руб. Согласитесь, это не месяцы ожидания и миллион за заграничные аналоги!» Сегодня этот проект лаборатории одобрен Минздравом России для участия в клинической апробации в федеральных центрах, которые лечат опухоли костной системы. Почти сотне пациентов по всей стране такие импланты уже установили. Ещё одна разработка лаборатории улучшает жизнь пациентов с сахарным диабетом. В тяжёлой форме заболевание часто приводит к некрозам (омертвению кожных покровов) нижних конечностей. Стопа, пальцы чернеют, и порой без ампутации уже не обойтись. Избежать её помогают индивидуальные стельки для обуви. Они равномерно распределяют нагрузку по всей стопе. В лаборатории создали запатентованную технологию стелек для диабетической стопы с системой вентиляции - нога не потеет. Кроме того, напечатанные на 3D-принтере стельки, позволяют распределять нагрузку и при покое, и при ходьбе. Роман Горбатов рассказывает, что во время клинических испытаний, люди, годами лежавшие в постели из-за некроза конечностей, после использования таких стелек вставали и начинали ходить, не опасаясь, что болезнь станет прогрессировать. Репетиция операции Помогает 3D-печать не только пациентам, но и врачам - практикующим и обучающимся. К примеру, у больного обнаружена сложная костная деформация. По рентгеновским снимкам определить, что делать, медикам, бывает сложно. На 3D-принтере по данным компьютерной томографии моделируется часть повреждённой кости, её распечатывают в пластике. Прямо на макете можно отрепетировать операцию, таким образом сократив её время на хирургическом столе. Как уверяют сотрудники лаборатории, пластик по ощущениям (пиление, сверление) максимально приближен к костной ткани. Бывает, врачи по шесть моделей переломанных костей стоп в месяц заказывают. Ещё один проект помогает обучению студентов-медиков. Современная медицина испытывает дефицит в наглядных пособиях, максимально приближенных к реальной жизни. Сегодня редко кто завещает своё тело после смерти науке, да и по этическим принципам анатомические театры при медицинских академиях остаются в прошлом. Выход - симуляторы. В лаборатории печатают зубы, на которых тренируются будущие врачи-стоматологи. При помощи 3D-моделирования есть возможность создавать внутри зуба кариозную полость, дублировать анатомические особенности его строения. Печатают здесь и кости, чтобы будущие врачи тренировались делать на них операции. Напоследок «АиФ-НН» задаёт руководителю лаборатории Роману Горбатову главный вопрос: доступны ли их разработки обычным пациентам и готовы ли врачи использовать их в ежедневной работе. «Мы проводим обучающие семинары, журналистов всегда здесь видеть рады, - говорит Роман Олегович. - Популяризируем свою деятельность как можем. За 3D-печатью в медицине - будущее. В перспективе - начать печатать органные конструкторы, которые в организме человека заменят поражённый болезнью орган. Сейчас такие разработки ведут за рубежом. Материалом для органных конструкторов служат стволовые клетки человека. В планах у нашей лаборатории, - создавать импланты из металла. Это также поможет многим пациентам улучшить качество жизни». Кстати Первый удачный эксперимент по созданию органов на 3D-принтере состоялся в 2006 году. Группа американских учёных разработала и напечатала для семи пациентов мочевые пузыри. Врачи использовали стволовые клетки больных для создания искусственного органа. Образцы донорской ткани в специальной герметичной камере нанесли поверх макета мочевого пузыря, нагретого до естественной температуры человеческого тела. Через 6-8 недель в ходе интенсивного роста и последующего деления клетки воссоздали человеческий орган. Американским учёным удалось напечатать печёночную ткань. Воссоздать этот орган полностью они планируют лишь к 2035 году. Российские учёные не отстают от западных коллег. Им удалось напечатать жизнеспособную 3D-модель щитовидной железы. Штучный орган успешно пересадили подопытной мыши.
