Der 3D-Druck hat sich in der Medizin mit rasanter Geschwindigkeit ausgebreitet. Es werden bereits seit einiger Zeit Zahnkronen, Hörgeräte und chirurgische Instrumente erfolgreich mit 3D-Druckern hergestellt. Selbst für die Herstellung von Tabletten wird der 3D-Druck heute teilweise schon angewendet. Der medizinische 3D-Druck, also der Einsatz von 3D-Druckern in der Medizin, unterstützt die Medizin besonders auf zwei Arten: Zum einen wird es Chirurgen ermöglicht, passgenaue Implantate zu erstellen. Zum Anderen können Ärzte und Chirurgen die Operationsvorbereitung an 3D-gedruckten Modellen üben und so ein besseres Verständnis über die geplante Operation erlangen. Das so genannte Bioprinting kann also eigener Bereich betrachtet werden und ermöglicht der Medizin mit Unterstützung der additiven Fertigung weitere Verbesserungen der Behandlungsmöglichkeiten.
Schätzungen zufolge hat bereits ein Drittel der Unternehmen aus dem Bereich der Pharmazie und Medizintechnik bereits Erfahrung mit dem 3D-Druck eingesammelt. Dennoch steht die additive Fertigung noch in einem harten Konkurrenzkampf mit traditionellen Herstellungsmethoden, was besonders den 3D-Druck großer Fertigungsserien betrifft. Hier würde der 3D-Druck sehr viel Zeit in Anspruch nehmen, jedoch stellt das im medizinischen Bereich keine große Herausforderung dar, weil hier speziell für den Kunden zugeschnittene Lösungen hergestellt werden.
So macht der 3D-Druck im medizinischen Bereich beispielsweise die Entwicklung kundenspezifischer Implantate möglich. Diese erfüllen letztlich die individuellen Anforderungen der Patienten ohne Probleme.Ein Implantat hat die Aufgabe über einen längeren Zeitraum eine oder mehrere Funktionen eines Organs zu unterstützen, zu übernehmen oder es ganz zu ersetzen. Per Definition ist das Implantat komplett an den betroffenen Patienten und dessen Anatomie angepasst. Hier kommt der 3D-Druck ganz klar zum Vorschein und hilft bei der Fertigung individueller Prothesen oder Implantate.
Im medizinischen Bereich verwenden nun mehrere Unternehmen und bedeutende Akteure den 3D-Druck zur Fertigung individualisierter medizinischer Geräte. Durch den Einsatz der 3D-Drucktechnologie können Implantate und Prothesen leichter kostengünstige, komplexe und maßgeschneiderte Lösungen anbieten und die Fertigung von Zahn- und Gehörprothesen kann durch den 3D-Druck zusätzlich automatisiert werden.
Außerdem wird der 3D-Druck immer häufiger für das chirurgische Training angewendet. Die dritthäufigste Todesursache in den USA sind medizinische Fehler, die jetzt dank 3D-Druck reduziert werden können. Da immer mehr medizinische Geräte maßgeschneidert werden können, eignen sie sich ideal für die Herstellung individuall angepasster chirurgischer Modelle. Diese Modelle geben den Chirurgen die Möglichkeit, sich vor der Operation besser vorzubereiten. Zudem können dem Patienten die 3D-gedruckten Modelle vor der Operation gezeigt werden, so dass auch dieser alle Einsätze und Arbeitsschritte sehen und vor allem besser verstehen kann. Im Endeffekt soll der 3D-Druck die medizinischen Fehler reduzieren, was schon heute erreicht wird.
Mit fortschreitender Entwicklung der 3D-Drucktechnologie gewinnt auch eine dritte Art im medizinischen 3D-Druck an Bedeutung – das Drucken von Organen und menschlicher Stammzellen. Dieser medizinische Anwendungsbereich befindet sich allerdings noch in der Forschungsphase, obwohl bereits nennenswerte Resultate erreicht wurden.
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Dem 3D-Druck-Dienstleister Addion GmbH aus Österreich, der sich auf den 3D-Druck medizinischer Modelle spezialisiert hat, gelang mit dem Stratasys J750 Digital Anatomy 3D-Drucker die additive Fertigung äußerst realistischer Augenmodelle für den medizinischen Einsatz. Diese dermaßen realitätsnah herzustellen, war bisher nicht so einfach. Die Kombination von der Herstellung mit 3D-Druck und ausgewählten Materialien von konnte dabei Addion jetzt dabei helfen seine Produkte zu optimieren.
Das Klinikum der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) setzt die 3D-gedruckten Modelle von Kinderherzen zu Trainingszwecken für Katheterbehandlungen erfolgreich ein. Durch die Mimics Innovation Suite von Materialise konnten die Verantwortlichen die Modelle laufend verbessern. Letztendlich gelang es sogar, 3D-gedruckte Kinderherzmodelle mit Herzfehlern und Herzschlag zu konstruieren.
Ein internationales Forscherteam, zum dem auch deutsche Wissenschaftler aus Schleswig-Holstein zählen, hat ein 3D-gedrucktes Wundpflaster entwickelt, das dabei helfen soll, chronische Wunden zu heilen. Die Wirkung im „smarten Pflaster“ wird durch grünes Licht aktiviert. Bei zwei typischen Wundkeimen erwies sich das Pflaster bereits als nützlich und außerdem verträglich. In einer Arbeit im Fachjournal Advanced Functional Materials haben die Forscher ihre Ergebnisse veröffentlicht, welche wir im folgenden Beitrag einmal zusammenfassend wiedergeben.
Das 3D-Druck-Implantat „PhonoGraft“ kann perforierte Trommelfelle wenig invasiv reparieren. Dazu wird das Implantat über den Gehörgang eingesetzt. Derzeit warten die Entwickler auf die Zulassung der US-amerikanischen Gesundheitsbehörde FDA, um ihr Produkt auch bei Menschen anwenden zu können.
Israelischen Forschern von der Universität Tel Aviv ist es erstmals gelungen einen aktiven Tumor mit 3D-Bioprinting nachzubilden. Damit wollen sie eine gezieltere Behandlung aggressiver Tumore ermöglichen. Wir stellen die Arbeit der Wissenschaftler einmal genauer vor.
Desktop Health hat mit „The Shop System“ ein neues 3D-Druck-System für den zahnmedizinischen Bereich entwickelt. Das System liefert schnelle und hochpräzise Druckergebnisse mit geringeren Kosten und geringerem Zeitaufwand als bei vergleichbaren Systemen. Zahntechniker erhalten dichte, komplexe Teile mit äußerst feinen Details und hervorragender Oberflächengüte direkt aus dem Ofen.
Deutscher Forscher der Universität Freiburg und der Universität Stuttgart haben eine Methode entwickelt, wie sie mit 4D-gedruckten Orthesen die Behandlung von Patienten verbessern können. Die entstandene Orthese orientiert sich an der „Luftkartoffel“, einer Pflanze aus der Natur. Sie sorgt an den richtigen Stellen für den nötigen Druck und ist selbstjustierend.
Die beiden US-amerikanischen Medizintech-Unternehmen Humabiologics und Allegro 3D wollen in Zukunft zusammenarbeiten und dabei die Entwicklung von Biotinten aus menschlichem Gewebe für den Bio-3D-Druck forcieren. Humabiologics entwickelt im Rahmen der Kooperation neuartige und optimierte Biotinten, die als zuverlässige Alternativen zu Tierversuchen für die Arzneimittelforschung gelten sollen und sich mit den Bioprintern von Allegro 3D verarbeiten lassen können.
Das 3D-Druck-Unternehmen Raise3D hat mit dem Modell „E2CF“ einen neuen Industrie-3D-Drucker vorgestellt, der für den Kohlefaser-3D-Druck optimiert wurde. Außerdem bringt das Unternehmen das neue Filament „Raise3D Industrial PA12 CF“ auf den Markt. Der 3D-Drucker soll voraussichtlich ab Ende 2021 erhältlich sein. Wir stellen beide Produkte einmal genauer vor.
Forscher des Center for Additive Manufacturing (AM.NUS) der National University of Singapore haben die Wirksamkeit der Verwendung von Korallenmaterialien für individuelle 3D-gedruckte Implantate für Patienten untersucht, die ein Knochentransplantat benötigen. Bislang gab es drei Methoden beschädigte Knochen zu ersetzen. Der 3D-Druck von Knochenimplantaten soll jedoch für eine effizientere Behandlung sorgen.
Das britische Unternehmen 4D Biomaterials entwickelt mit 4Degra ein Biomaterial, das für den 3D-Druck medizinischer Implantate verwendbar ist. Unter anderem auch für die Weiterentwicklung seiner medizinischen 3D-Drucker-Materialien erhielt 4D Biomaterials jetzt knapp 1,9 Millionen Euro Investmentkapital.
Ein Forscherteam der University of Otago und der Harvard Medical School haben einen harzbasierten Bio-3D-Drucker entwickelt, der auf Grundlage von einem Smartphone basiert. Mit diesem konnten sie erfolgreich mit Harz und zellbeladenen Materialien drucken. Die Forscher beschreiben ihren 3D-Drucker als „eine Basistechnologie für das zukünftige In-vivo-Biodrucken“.
Das Unternehmen Nexa3D hat das neue Dentalmaterial xMODEL 2505 auf den Markt gebracht. Das steife und beigefarbene Material wird von der BASF Forward AM-Technologie unterstützt und eignet sich ideal für die ultraschnelle Herstellung von additiv gefertigten thermogeformten Dentalmodellen, herausnehmbaren Dentalformen und anderen Dentalmodellanwendungen.
Das 3D-Druck-Unternehmen Boston Micro Fabrication (BMF) hat 18 Versionen einer Düse für die Spektrometrie in nur wenigen Wochen erfolgreich hergestellt. Die mit dem microArch S240 in Mikro-3D-Druck gedruckten Düsen wurden für die Spektrometrie am Lehrstuhl für Physikalische Chemie II an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) benötigt. Die 10-µm-Serienplattform eignet sich für Anwender, die ultrahohe Auflösung, Genauigkeit und Präzision suchen.
Der Designer James Dickson will mit Nadelschutzhüllen aus dem 3D-Drucker Kindern die Angst vor Spritzen – zumindest etwas – versuchen zu nehmen. Sei es nun eine Impfung gegen Kinderkrankheiten oder das Verabreichen von Wirkstoffen zur Krankheitsbehandlung, Spritzen sind nicht angenehm für Kinder. Die 3D-gedruckten Hüllen im Design eines Schmetterlings oder eines Flugzeuges können die Kleinen etwas ablenken und den Impfprozess leichter machen.