3D-print er klar til at håndtere plastikkropsimplantater

Efter en ulykke efterlod en 40-årig kvinde i Sverige med en massiv hovedskade sidst sidste år, modtog hun et 3D-printet implantat lavet af en plastik kaldet PEEK for at reparere hendes kranium.

Det var første gang, et hospital havde designet og 3D-printet et implantat af denne art på stedet, og det kunne vise sig at være et vendepunkt for 3D-print i lægebehandlingen.

"Så vidt vi ved, er vi verdens første til at lave 3D-implantater helt på et hospital, hvilket betyder, at implantaterne bliver bedre tilpasset patienterne lige fra starten," siger Einar Heiberg Brandt, medicinsk ingeniør i Klinisk Fysiologi. på Skånes Universitetshospital, Sverige. "Dette vil føre til hurtigere operationer og færre komplikationer."

3D-printning på hospitalet er stadig i de tidlige stadier, men lover meget, er brancheeksperter enige om. Selvom 3D-print er blevet brugt i sundhedsvæsenet i mere end et årti til fremstilling af titanium- og rustfrit stålimplantater, udvider PEEK-plastik mulighederne for, at teknologien kan bevæge sig væk fra butiksgulvene hos producenter af medicinsk udstyr og ind i laboratorier på hospitaler og klinikker verden over.

Faktisk repræsenterer medicinske faciliteter et stort nyt marked for 3D-print. Sundhedssektoren i 3D-printindustrien, som omfatter tandlægemidler og 3D-printede lægemidler, er i øjeblikket værdsat til næsten 3 milliarder dollars.

3D-print på hospitaler

Institutioner, såsom Mayo Clinic i Minn. og VA hospitaler landsdækkende, har omfattende 3D-printlaboratorier. Arbejdet der er for det meste patientspecifikt 3D-printet medicinske modeller, kirurgiske træningsværktøjer og ortopædiske bøjler. Men i en ikke alt for fjern fremtid kan disse hospitaler 3D-printe patientspecifikke implantater i PEEK til alle typer operationer.

Brug af en 3D-printer og PEEK-filament bringer en lang række fordele til hospitaler, mens der stadig er betydelige forhindringer. Metoden, sammenlignet med traditionelle måder, medicinsk udstyr fremstilles på, nemlig bearbejdning og sprøjtestøbning, kan udføres på stedet på plejestedet. Det betyder hurtigere implantater, lavere omkostninger og tættere koordinering mellem kirurgen og teknikerne, der producerer implantatet.

Ved at bruge patientens data fra scanninger og røntgenbilleder kan hospitaler 3D-printe et tilpasset implantat, der passer præcist ind i defektrummet.

Undersøgelser viser, at patientspecifikke implantater forkorter operationstiden, sænker risikoen for infektion, resulterer i bedre resultater og dramatisk reducerer længden af ​​et hospitalsophold. 3D-print af implantaterne efter behov aflaster også hospitalet fra at skulle have et lager af dyre implantater ved hånden.

Selvom der i dag ikke er nogen 3D-printede PEEK-implantater fremstillet på hospitaler godkendt af FDA, kan det snart ændre sig.

En tysk start-up med speciale i 3D-printede PEEK kranieimplantater, Kumovis, siger, at det er ved at fuldføre de sidste forhindringer i FDA-godkendelsesprocessen.

"Der er en masse spænding omkring 3D-printning on-site på hospitaler og de projekter, der driver produktionen på plejestedet og viser, hvad der er muligt," siger Miriam Haerst, medstifter og co-CEO i Kumovis.

South Carolina-baseret 3D-systemer, en af ​​de ældste og største 3D-printerproducenter i verden, annoncerede for nylig sine planer om at erhverve Kumovis for at udvide fra metalimplantater at PEEK-implantater på plejestedet.

"Efterhånden som teknologien til [3D-print] bliver mere brugervenlig for medicinske fagfolk, vil flere hospitaler være i stand til at implementere end-to-end løsninger til personlig kirurgi," siger Gautam Gupta, vicepræsident og general manager for 3D Systems medicinsk udstyrspraksis. "Dette vil forstyrre eksisterende sundhedsplejemodeller, forbedre kvaliteten af ​​plejen og afgørende redde flere liv."

Kumovis-opkøbet passer fint ind i 3D Systems' etablerede sundhedsforretning og tilføjer et nyt fokus på decentralisering af produktionen af ​​medicinske implantater.

"At flytte produktionen til hospitalerne vil være en game-changer, når det kommer til tilgængeligheden af ​​implantater," siger Haerst.

For at hospitaler skal blive producenter, kræver det dog teknisk og ingeniørpersonale, regulatoriske processer sammen med udstyr. Dette kunne styres på stedet i en samarbejdsaftale af nuværende producenter af medicinsk udstyr, siger Haerst.

PEEK Plastic vs. Titanium til implantater

PEEK har haft FDA-godkendelse som implantatmateriale i årevis, når det er bearbejdet, men endnu ikke, når det er 3D-printet. Selvom PEEK bruges i adskillige implantater på markedet i dag fra rygmarvsbure til ankelled, skal 3D-printet PEEK stadig bevise, at det har samme vægtbærende og slidegenskaber som fræset eller støbt PEEK.

Samlet set har dette biokompatible materiale adskillige opfattede fordele i forhold til rustfrit stål og titanium: det er let, permeabelt for ultralyd og praktisk talt usynligt for CT- og MRI-scanninger, hvilket muliggør bedre overvågning efter operation.

I årenes løb har 3D-printet titanium fået ry for bedre knogleintegration, og tusindvis af led- og rygsøjleimplantater 3D-printes hvert år af store producenter, såsom Stryker. Men PEEK har ændret sig, siger Marc Knebel, chef for medicinske systemer hos Evonik, som fremstiller PEEK til 3D-print samt sprøjtestøbning og fræsning.

"I dag kan PEEK designes med additiver for at få nye funktioner, såsom bedre osteointegration," siger Knebel. "Vi arbejder allerede med et par hospitaler om [3D-printede implantater]. De første vil være aktive inden for de næste fem år.”

Et 3D-printlaboratorium placeret ved siden af ​​operationsstuen, klar til at udskære individualiserede implantater designet ud fra patientdata med et øjebliks varsel, er stadig langt væk. Regulatoriske hindringer er stadig, kliniske undersøgelser er stadig i gang, og opbygning af buy-in fra hospitaler vil tage tid. Det, vi ser i dag, er imidlertid innovatorerne, der tager de første skridt.