Medizin und 3D Druck – Möglichkeiten und Grenzen

Eines der Haupteinsatzgebiete des 3D Drucks ist die Medizin. Viele Wissenschaftler forschen nach Möglichkeiten, die additive Forschung bei der Versorgung von Patienten zu nutzen. In den letzten Jahren hat es hier einige interessante Entwicklungen gegeben und auch die nächsten Jahre sind sehr vielversprechend.

Mittlerweile werden unter anderem von Organen 3D gedruckte Modelle gefertigt, die dann der OP-Planung dienen. So ist es anhand von Daten, die mittels Kernspintomographie oder Computertomographie gewonnen wurden, möglich, einzelne Körperregionen (inklusive Knochen), das Herz und andere Organe mit ihren patientenspezifischen anatomischen Eigenschaften, aber auch die dazugehörigen Blutbahnen, zu drucken. Mit diesem Modell ist es dann möglich, die Operation schon vorab zu planen und zu üben.

Welche Organe, Knochen und medizinischen Hilfsmittel können mit dem 3D Drucker gefertigt werden?

Es gibt zahlreiche Hilfsmittel im medizinischen Sektor, die mit der 3D Druck Technologie meist effizient und kostensparend gefertigt werden. Als Erstes wird den meisten sicher der Zahnersatz einfallen, auf den wir aber noch in einem weiteren Beitrag umfassend eingehen werden. Hier wollen wir uns den anderen Punkten widmen.

Die additive Fertigung kommt im medizinischen Sektor unter anderem bei der Herstellung von

  • Prothesen und Implantate,
  • Orthesen,
  • Ärztlichen und vor allem chirurgischen Hilfsmitteln,
  • detailgetreuen Modellen von Organen sowie Körperregionen und
  • individuell für den Patienten gefertigten Tabletten, deren Zusammensetzung vom Arzt vorgeschrieben wurde, vor allem bei bisher eher ungebräuchlicher Dosierung

zum Einsatz.

Prothesen und Implantate aus dem 3D Drucker

Bei der Herstellung von Prothesen und Implantaten wird immer häufiger auf den 3D Druck zurückgegriffen. So wurde beispielsweise ein Material für den Druck von Knochenimplantaten entwickelt, das sich während der Heilungsphase und der darauffolgenden Monate zu Knochenmasse umwandelt oder mit dieser verschmilzt. Zur besseren Heilung tiefer Wunden entwickelten Forscher der Universität Toronto einen Bioprinter.  Südkoreanischen Forschern wiederum gelang es, ein künstliches Auge zu drucken, das dem Original fast vollständig gleicht.

Für die Fertigung individueller Orthesen greift man ebenfalls verstärkt auf den 3D Druck zurück. Bewohner von Entwicklungsländern profitieren hier ebenfalls in erheblichem Maße von dieser Technologie, wird neben dem 3D Drucker und dem Filament selbst doch kaum weiteres medizinisches Gerät benötigt (sofern keine weiteren medizinischen Maßnahmen ergriffen werden müssen). Einige Unternehmen und Forschungsinstitute haben sich auch auf die additive Herstellung von Unterarm- und Handprothesen spezialisiert und treiben auch hier die Entwicklung weiter voran.

3D gedruckte medizinische Instrumente

Einem kanadischen Wissenschaftler gelang es, ein funktionsfähiges Stethoskop mit dem 3D Druck Verfahren herzustellen. Die Materialkosten sollen seinen Angaben zufolge bei umgerechnet 3 Euro liegen. Das ist sicher einer der Gründe dafür, warum gerade Menschen in Entwicklungsländern, in denen die medizinische Versorgung nicht in dem notwendigen Maße vorhanden ist, von vor Ort gedruckten Stethoskopen profitieren.

Des Weiteren ist man auch dazu übergegangen, chirurgische Instrumente durch die additive Fertigung herzustellen. Für die Planung und das Training von Operationen werden dem Original nachgebildete Organe oder Körperpartien genutzt, die aus dem 3D Drucker stammen.

Mittlerweile wurden Patienten auch schon Wirbelkörper aus Titan implantiert, die additiv gefertigt wurden. Einige Menschen leiden auch unter Ohrfehlstellungen oder Missbildungen, die mit der additiven Fertigung korrigiert werden können. Hier ist es möglich, Ohrmuschelimplantate herzustellen, wobei meist das gesunde zweite Ohr als Vorlage dient, die dann seitenverkehrt umgesetzt wird.

Herstellung von Tabletten

Der 3D Druck wird seit einiger Zeit für die Herstellung von Tabletten eingesetzt. So ist es möglich, dass der Arzt eine individuelle Dosierung eines Wirkstoffes für den einzelnen Patienten vorgibt und die Tabletten dann produziert werden. Dies hat auch den Vorteil, dass die Tabletten nicht auf Vorrat gelagert werden müssen und Änderungen an der Dosierung schneller möglich sind.

Weitere medizinische Objekte aus dem 3D Drucker

Auf Smartphones können jede Menge Apps installiert werden, einige von ihnen haben auch einen medizinischen Hintergrund. Ein Forscherteam der University of California San Diego entwickelte eine Smartphone-Hülle, die mit Hilfe eines Sensors und einer App die Bestimmung der Blutzuckerwerte ermöglicht. Anstelle eines herkömmlichen Teststreifens werden hier kleine Pellets eingesetzt, auf ein paar Bluttropfen gegeben werden. Auf dem Display des Smartphones werden die Werte angezeigt, gleichzeitig kann eine Übermittlung an einen Pflegedienstleister, eine Arztpraxis, eine Klinik und auch die Speicherung in einer Cloud erfolgen. Es ist auch denkbar, dass dieses System später für weitere Messungen verwendet wird. Die Smartphonehülle wurde mit einem 3D Drucker gefertigt.

Gerade bei Sportlern kommt es immer wieder zu Verletzungen im Gesicht, so unter anderem zu Nasenbeinbrüchen. Um diese Brüche zu stabilisieren, aber gleichzeitig auch früh wieder mit dem Sport anfangen zu können, haben Wissenschaftler eine 3D gedruckte Gesichtsmaske entwickelt, bei der die Daten jedem einzelnen Patienten individuell angepasst werden.

In einigen Ländern ist man auch schon dazu übergegangen, mit dem Bioprinting beziehungsweise anderen 3D Druck Verfahren Hautareale zu produzieren. Diese Hautlappen können dann zum Verschließen von Wunden Verwendung finden. Gerade in China ist man bei diesen Verfahren sehr weit fortgeschritten.

Fazit

Auch in Zukunft kann man vom 3D Druck im Gesundheitswesen vielversprechendes erwarten. So liegt es dann vielleicht auch im Bereich des Machbaren, funktionstüchtige Organe zu drucken und dadurch eine geringere Anzahl an Spenderorganen zu benötigen. Aktuell ist dies zwar noch Zukunftsmusik, aber wer hatte es beispielsweise vor 30 Jahren auf dem Schirm, für den eigenen Hausgebrauch oder auch im Unternehmen dreidimensional zu drucken? Wahrscheinlich eher wenige von uns allen.