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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Britische Forscher der University of Bristol haben ein kostengünstiges und unkompliziertes Verfahren für den 3D-Druck von Mikrokanalgerüsten entwickelt. Mit dem neuartigen 3D-Druckverfahren soll die Produktion vereinfacht werden und kann in der Medizin, unter anderem für Lab-on-a-Chip-Diagnosetests, angewendet werden. Wir fassen die Arbeit der Wissenschaftler zusammen.
Forschern der Technischen Universität Dänemark (DTU) ist es gelungen mit Hilfe der OPU-Komponente einer Xbox 360 einen Nano-3D-Drucker für den medizinischen Bereich entwickelt. Der 3D-Drucker, der auf dem SLA-3D-Druckverfahren aufbaut, kann von zehn Mikrometern Druckauflösung auf Hunderte von Nanometern herunterfahren. Mit dem aus der Xbox 360 entwickeltem Nano-3D-Drucker wollen die Forscher ein preiswertes mikro- und nanoskaliges 3D-Drucksystem anbieten und über ein Spin-Out kommerzialisieren.
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.
In einem gemeinsamem Forschungsprojekt der Technischen Universität München (TUM), dem 3D-Drucker-Hersteller voxeljet und dem Unternehmen HAWE werden Exoskelette aus einem modularen Design-Bausatz mit Verbindungskomponenten aus dem 3D-Drucker entwickelt. Die anpassbaren Exoskelette sollen Menschen mit Lähmungen mehrere Gliedmaßen dabei helfen ihren Alltag besser bestreiten zu können. Dabei „zählt jedes Gramm“ Gewicht.
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.
Der 3D-Druck von Kronen und anderen Objekten aus der restaurativen Zahnmedizin gewinnt zunehmend an Bedeutung. Das 3D-Druck-Unternehmen SprintRay und der Hersteller von Materialien BEGO haben deshalb eine Unternehmenskooperation beschlossen. Gemeinsam wollen sie ihre 3D-Druck-Produkte und -Leistungen für den US-Markt validieren. In den USA wurden allein im Vorjahr 2,3 Mio. Kronen hergestellt und bieten ein enormes Potenzial für die 3D-Drucktechnologie.
US-Forscher vom US Air Force Research Laboratory haben ein Patent für einen neuartigen Nasensimulator eingereicht. Dabei handelt es sich um ein Biohybrid-Modell und soll gegenüber bisherigen Modellen eine genauere Darstellung der physiologischen Atmungsfunktionen darstellen. Als Herstellungsverfahren für den Nasensimulator soll der 3D-Druck zum Einsatz kommen.
Der globale 3D-Drucker-Hersteller 3D Systems hat mit United Therapeutics und Lung Biotechnology PBC ein neuartiges Verfahren für den 3D-Druck von organischem Gewebe erarbeitet. Damit könnten sich Medikamente zukünftig schneller entwickeln lassen. Auch auf Tierversuche könnte verzichtet werden. 3D Systems möchte mit der Zusammenarbeit mit United Therapeutics und anderen medizinischen Unternehmen verstärkt in auf dem Markt der regenerativen Medizin und 3D-Bioprinting Fuß fassen.
Australische Forscher der University of New South Wales (UNSW) in Sydney haben eine neuartige Tinte entwickelt, mit der sie knochenähnliche Strukturen mit 3D-Druck herstellen können. Diese sollen dabei helfen Knochen schneller, kostengünstiger und mit weniger Nebenwirkungen zu reparieren. Das 3D-Druckverfahren, bei dem die neuartige Biotinte zum Einsatz kommt, soll nun in ersten In-vivo-Tests an Tiermodellen getestet werden.
Der 3D-Drucker-Hersteller Ackuretta Technologies bringt mit DENTIQ ein neues 3D-Drucker-Modell für Dentallabore und Schmuckhersteller auf den Markt. Dieser liefert laut dem Hersteller hochpräzise 3D-Druck-Ergebnisse bei 30 Prozent schnellerer Druckgeschwindigkeit. Mit CLEANI wurde außerdem eine neue Desktop-Reinigungsstation für 3D-gedruckte Objekte vorgestellt. Alle Infos zu den beiden neuen Geräte von Ackuretta.
Forscher der University of Kent und der University of Strathclyde in Großbritannien haben ein neuartiges Gerät entwickelt, das 3D-Druck, Mikronadeln und mikroelektromechanische Systeme (MEMS) für eine kontrollierbare, transdermale Arzneimittelabgabe kombiniert. Der 3D-Druck funktioniert sogar einem handelsüblichen Desktop-3D-Drucker, wodurch die Herstellung für viele zugänglicher werden könnte. Mit speziellen Mikronadelpflastern kann die Behandlung von Patienten dann individueller zugeschnitten werden.
Der forensische Anthropologe Dennis C. Dirkmaat hat mit 3D-Scannern von Artec 3D einen VR-Kurs für die Schulung angehender Anthropologen und Mediziner entwickelt. Unter anderem kam dafür der automatisierte Farb-3D-Scanner Artec Micro zum Einsatz. Studenten können mit den virtuellen Modellen Knochen bis ins kleinste Detail erleben und kennenlernen. Vor allem in Zeiten während und nach der Pandemie kann die 3D-Scan-Technologie eine Chance für verteiltes, digitales Lernen darstellen.
Die Unternehmen Keystone Industries und Henkel haben in Zusammenarbeit mit dem „KeyModel Ultra“ ein Harz (Resin) für den 3D-Druck in der Dentalbranche entwickelt und für den Markt angekündigt. Der Fokus lag dabei auf möglichst präzisen und detailgenauen Druckergebnissen sowie dem schnellen Nachhärten. Auch die Nachbearbeitung soll mit dem KeyModel Ultra-Resin problemlos möglich sein. Das Harz steht in Elfenbeinweiß und Hellgrau zur Verfügung.
Die Uniklinik Köln und die Medizinische Fakultät verfügen seit Kurzem über einen 3D-Drucker. Dieser soll neben Forschung und Lehre auch für eine verbesserte Patientenversorgung sorgen. Vorstellbar ist unter anderem der 3D-Druck von Körperteilmodellen auf Grundlage von CT- oder MRT-Scans zur besseren Operationsvorbereitung.