In den letzten Jahren hat sich der 3D-Druck als bahnbrechende Technologie in vielen Bereichen etabliert. In der Medizin, insbesondere in der Chirurgie, bietet der 3D-Druck vielfältige Möglichkeiten und bringt zahlreiche Vorteile mit sich. In diesem Artikel werden die Einsatzmöglichkeiten von 3D-Druck in der Chirurgie, die Vorteile und die Bereiche, die besonders davon profitieren, sowie einige bekannte Projekte diskutiert.
Der 3D-Druck bietet zahlreiche Möglichkeiten und Vorteile in der Chirurgie. Durch die Herstellung patientenspezifischer Implantate, präoperative Planung mit 3D-Modellen und das Potenzial des Bioprintings können Chirurgen präzisere Eingriffe durchführen, die Operationszeit reduzieren und die Patientenergebnisse verbessern. Besonders in den Bereichen Orthopädie, Neurochirurgie, Kiefer- und Gesichtschirurgie sowie Herz- und Gefäßchirurgie zeigt der 3D-Druck sein großes Potenzial. Erfolgreiche Projekte auf der ganzen Welt belegen, dass diese Technologie das Gesundheitswesen revolutionieren kann.
Die sogenannten VSP Hybrid Guides sind die neueste Version der gemeinsamen Vision und Partnerschaft von den Unternehmen 3D Systems und Stryker. Diese mit Titan-3D-Druck hergestellten chirurgischen Führungen sind eine Erweiterung des virtuellen Operationsplanungs-Portfolios (Virtual Surgical Planning, kurz VSP) von 3D Systems. Wir stellen sie vor.
US-Forscher an der Penn State University haben eine Methode entwickelt, bei der sie mit einem 3D-Bioprinting-Vorgang Schädel- und Gesichtsverletzungen in nur einem Schritt operativ behandeln können. Bislang war dies ein schwieriges Prozedere, bei dem Knochen aus anderen Bereichen oder von Verstorbenen eingesetzt wurden. Mit der neuen Methode wird diese Behandlung deutlich vereinfacht.
Das österreichische Dienstleistungsunternehmen Schiner 3D Repro (S3D REPRO) setzt bei der Herstellung seiner realistischen, detailgenauen medizinischen Modelle auf den 3D-Drucker J750 Digital Anatomy von Stratasys. Mit Einsatz von 3D-Druck löst S3D REPRO bisherige, kost- und zeitintensiverer Verfahren ab.
US-amerikanische Forscher aus der Hernienchirurgie des Baylor College of Medicine haben eine neuartige Methode entwickelt, mit der sie mit Hilfe von 3D-Druck chirurgische Netze für den Einsatz in der Behandlung von Hernien herstellen. Diese sollen häufig vorkommende Komplikationen wie Entzündungen deutlich reduzieren. Erste Tests verliefen erfolgreich.
Das 3D-Druck-Unternehmen Copper3D hat mit dem Glaciarys AR3® ein neues Harz (Resin) für den 3D-Druck zahnmedizinischer und chirurgischer Anwendungen vorgestellt. Das antimikrobielle Material ist Copper3D zufolge chirurgisch sicher einsetzbar. Das biokompatible Harz hat außerdem ISO22196-Tests bestanden.
Der 3D-Druck hilft in der Medizin nicht nur mit 3D-gedruckten Prothesen und Implantaten, er ist auch im Bereich der Operationsvorbereitung eine große Unterstützung für Ärzte. Mit 3D-gedruckten Modellen auf Basis von z.B. CT-Scans sind die Chirurgen in der Lage, sich auf schwierige Operationen optimal vorzubereiten aber auch Patienten und Angehörigen das Problem verständlich zu machen. Wie auch im Fall der kleinen Nia, die aufgrund einer Bronchialstenose immer schlechter atmen konnte, wie das Seattle Children’s Hospital jetzt berichtete.
Ein argentinischer Chirurg kooperiert mit dem Ingenieurbüro Mirai3D für den 3D-Druck medizinischer Modelle, um sich besser auf schwierige Operationseingriffe vorbereiten zu können. Mirai3D setzte dabei auf den 3D-Drucker Sigmax von BCN3D. Mit 3D-gedruckten Modellen gewinnen Ärzte oft einen besseren Überblick über die Situation im Körper des Patienten und den chirurgischen Planungsprozess optimieren.
Medizinern am indischen Fortis Hospital Shalimar Bagh ist eine seltene Schädeloperation an einem 18-monatigen Kind gelungen. Das Kleinkind litt an Trigonozephalie – eine Krankheit, bei der die Form der Vorderseite des Kopfes dreieckig ist. Anhand realistischer Modelle aus dem 3D-Drucker konnten sich die Mediziner optimal auf den äußerst schwierige Gesichtsoperation vorbereiten.
Forschern verschiedener südkoreanischer Universitäten gelang mit 3D-Druck künstliche Hoden herzustellen, die besser verträglich und erschwinglicher sind als bisherige Prothesen. Männer, die ihre Hoden durch Hodenkrebs, einen Unfall oder andere Krankheiten verloren haben, können damit von einem günstigeren Modell profitieren oder ist mit dem neuen Verfahren überhaupt leistbar geworden. Die 3D-gedruckte Hodenprothese ist zudem besser verträglich zeigten erste klinische Tests.
Schweizer Forscher der ETH Zürich haben mit Hilfe von dem DLP-3D-Druckverfahren auf den Patienten maßgeschneiderte, bioresorbierbare Atemwegsstent entwickelt. Der für den 3D-Druck eingesetzt biokompatible Harz ist flexibel genug um die Luftröhre zu ersetzen und kann aufgrund des Einsatzes von 3D-Druck schnell, günstig und passgenau für den Patienten angefertigt werden.
Das Medizintechnikunternehmen Fluicell hat mit Forschern aus Schweden seine Biopixlar-Plattform für den Einsatz in der Hirnforschung getestet. Es gelang den Wissenschaftlern, 3D-gedruckte Zellstrukturen präzise anzulegen und zu drucken. Sie führten außerdem fortschrittlichere Tests durch, um das System auf seine Eignung als diagnostisches Instrument zu überprüfen.
Multiphoton Optics aus dem bayerischen Würzburg hat mit 3D Lithographie und auf Grundlage von dem Verfahren Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) ein biodegradierbares, osteochondrales 3D-Scaffold hergestellt. Die Forscher konnten dabei eine Druckgeschwindigkeit von 1 cm³ in 1,5 Stunden erreichen. Den Forschern half der weiterentwickelte Prototyp der Multiphoton Optics 3D-Druck-Plattform LithoProf3D®.
Forscher aus Korea von der Chungbuk National University haben den 3D-Druck genutzt, um kostengünstige Augenprothesen für Hunde zu entwickeln. Moderne 3D-Scan- und Modellierungstechniken halfen den Forschern dabei, die Verfahren der Implantologie auf die Anforderungen der Hunde hin anzupassen. Hergestellt wurden die künstlichen Augenimplantate aus einem biokompatiblen Harz mit einem Rokit INVIVO-Bioprinter.
Dr. Jansen-Winkeln am Universitätsklinikum Leipzig (UKL) setzt seit einiger Zeit bei schwierigen Tumoreingriffen im kleinen Becken auf die Möglichkeiten der 3D-Drucker. Mit CT-Scanning werden die betreffenden Regionen ausführlich gescannt und in ein digitales 3D-Modell umgewandelt. Anschließend kann das Modell mit einem 3D-Drucker ausgedruckt werden. Damit hat Dr. Jansen-Winkeln eine verbesserte Vorbereitung auf die Operation. Für die Patienten steigen die Erfolgschancen.
Schussverletzungen können gerade in schwierigen Bereichen wie dem Gesicht zu komplexen Verletzungen führen. An der US-amerikanischen University of Michigan wurde jetzt eine wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht welche die Rekonstruktion von Gesichtsbereichen mithilfe von 3D-Druck zeigt. Die Ärzte demonstrierten, wie die virtuelle Operationsplanung und der 3D-Druck in der Mund- und Kieferchirurgie helfen konnten.
Forscher von der McAlpine Research Group der University of Minnesota haben ein Verfahren für den direkten 3D-Druck von Elektronik auf Organe entwickelt. Damit lassen sich Veränderungen im Körper besser verfolgen. Die Methode würde sich aber auch für andere Bereiche eignen.
Forscher an der School of Dental Medicine der University of Connecticut haben einen Handheld-Biodrucker entwickelt, mit dem volumetrischer Muskelverlust und andere Krankheiten behandelt werden können. Die mit dem Bioprint-3D-Stift hergestellten Gerüste haften um das Gewebe der Verletzung herum und sorgen so für ein Wachstum der Muskelzellen und schnelle Regeneration. Erste Tests mit dem 3D-Biopen verliefen erfolgreich.
Die 11-jährige Bella aus Florida ist großer Star Wars-Fan. Als sie eine bionische Armprothese von der gemeinnützigen Organisation Open Bionics erhalten sollte, lag es nahe, dass der „Hero Arm“ im R2-D2 Stil hergestellt wird. Bella ist glücklich und erhielt zusätzlich noch einen Anruf ihres Helden, dem Superstar der Star Wars-Reihe, Mark Hamill (alias Luke Skywalker).
Chirurgen können sich mit 3D-gedruckten Modellen der zu operierenden Bereich besser auf die bevorstehende Operation vorbereiten. Meist werden dazu durch CT- und MRT-Scandaten die Daten erfasst und die Modelle mit einem 3D-Drucker vor Ort ausgedruckt. Dies war auch der Fall bei der 37-jährigen Patientin des RAK-Krankenhauses in den Vereinigten Arabischen Emiraten. Die schwierige Operation an ihrer Halswirbelsäule verlief jetzt erfolgreich, vermeldete das Krankenhaus.
Das in Dänemark beheimatete Start-up Particle3D hat ein Verfahren entwickelt, mit denen sie eigenen Angaben zufolge verbesserte Knochenimplantate mit dem 3D-Drucker herstellen können. Diese verwachsen mit dem Körper und sollen so langfristig den Patienten weniger belasten. Wenn die Behörden diese Implantate zulassen, ist es geplant, dass sie 2022 erstmals bei Patienten eingesetzt werden können.