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Neben dem Militär und der Industrie ist die Medizin einer der Bereiche, der neue Technologien am schnellsten übernimmt und an seine Bedürfnisse anpasst. Das gilt auch für den 3D-Druck, der häufig in der wissenschaftlichen Forschung oder zur Rettung von Leben und Gesundheit eingesetzt wird.
Vorteile des 3D-Drucks gegenüber anderen Technologien
3D-Druck ist ein additives Verfahren (auch bekannt als inkrementell oder kumulativ). Unabhängig von der verwendeten 3D-Drucktechnologie werden Objekte, die mit dieser Methode hergestellt werden, durch schichtweises Aufbauen des Modells erzeugt. Dadurch lassen sich Effekte erzielen, die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren wie dem Gießen nur schwer zu reproduzieren sind. Der 3D-Druck erfordert keine Gussformen, ermöglicht die relativ schnelle und kostengünstige Herstellung von Modellen mit komplexen Formen und die Vielfalt der verwendbaren Materialien sowie die breite Verfügbarkeit dieser Technologie ermöglichen ihren Einsatz in einer Vielzahl von Bereichen.
In welchen Bereichen der 3D-Druck sich am besten eignet
Der 3D-Druck wird in vielen Bereichen der Medizin erforscht, umgesetzt oder bereits eingesetzt. Unter anderem werden auf diese Weise Prothesen, Implantate, anatomische Modelle für die Wissenschaft, präoperative Modelle, Komponenten von medizinischen Geräten und Rehabilitationsmitteln oder sogar einige Medikamente hergestellt. Es wird auch daran gearbeitet, sogenannte Bioprints zu erstellen: Zellen, Gewebe oder sogar ganze Organe. Der 3D-Druck ist eine besonders attraktive Technologie in Fällen, in denen eine “maßgeschneiderte” Komponente benötigt wird – zum Beispiel, um ein Stück Knochen nachzubilden oder ein präzises präoperatives Modell zu erstellen.
Anwendungen des 3D-Drucks in der Medizin
Das Drucken von räumlichen Elementen aus einer Vielzahl von Materialien kann sich auf viele Bereiche der Medizin und verwandter Gebiete auswirken, wie z.B. die pharmazeutische Industrie oder die Gesundheitserziehung. Die folgenden Beispiele zeigen, welche Anwendungen des 3D-Drucks in der Prävention, Rehabilitation oder bei verschiedenen Therapien eingesetzt werden.
Zahnersatz und Implantate
Es ist einer der am schnellsten wachsenden Zweige der Medizin, der die 3D-Drucktechnologie nutzt. 3D-Drucker werden eingesetzt, um Prothesenkomponenten (oder ganze Low-Budget-Prothesen), Zahnimplantate, synthetischen Ersatz für beschädigte Teile des Skelettsystems (z.B. Schädelfragmente) oder künstliche Herzklappen herzustellen. Zu den Vorteilen dieser Technologie gehören in erster Linie die relativ geringen Kosten (was z.B. bei Prothesen für Kinder, die aufgrund des schnellen Wachstums in diesem Alter häufig ersetzt werden müssen, besonders wichtig ist) und die Möglichkeit, das erstellte Bauteil anhand eines computergenerierten präzisen Modells genau an den Körper des Patienten anzupassen.
Ausrüstung für Rehabilitation und Menschen mit Behinderungen
Wie bei Implantaten und Prothesen können Rehabilitationsmittel, die auf die Bedürfnisse eines bestimmten Patienten zugeschnitten sind (z. B. aus Kunststoff gedruckte “Rüstungen”, die anstelle von herkömmlichem Gips verwendet werden), den Komfort der verletzten Person erheblich erhöhen und ihre Genesung beschleunigen. Bei Menschen mit Behinderungen ist es möglich, viele ihrer täglichen Aktivitäten zu erleichtern. So werden beispielsweise mit Hilfe von 3D-Druckern Exoskelette hergestellt, die es Patienten mit gelähmten Gliedmaßen ermöglichen, ohne Hilfe zu gehen.
Anatomische Modelle für das Lernen
Mit Hilfe der 3D-Drucktechnologie werden anatomische Modelle erstellt, die äußerst präzise sind und die Realität perfekt abbilden. Diese können nicht nur in der Ausbildung zukünftiger Ärzte verwendet werden, sondern auch in der Gesundheits- und Präventionserziehung in regulären Schulen, an Arbeitsplätzen oder in sozialen Einrichtungen.
Prä-operative Planung
Das präzise Mapping, das aus genauen Computeranalysen resultiert, ermöglicht die Erstellung eines nahezu idealen präoperativen Modells. Sie werden heute u.a. in der ästhetischen Medizin (z.B. bei der Gesichtsrekonstruktion nach Unfällen oder Krebs) sowie in der Skelettchirurgie und vielen anderen Bereichen eingesetzt. Ein solches Modell erleichtert nicht nur die Arbeit der Ärzte (z.B. kann das Implantat während der Operation an einer Nachbildung statt am lebenden Objekt eingesetzt werden), sondern hilft auch bei der Kommunikation mit dem Patienten und informiert ihn über die Details der geplanten Operation.
Drucken von Geweben und Organen
Obwohl das Drucken von Geweben und Organen mit 3D-Druckern noch keine gängige Methode zur Gewinnung von Transplantationsmaterial ist, setzen Wissenschaftler, Ärzte und Patienten große Hoffnungen auf diese Methode. Dabei werden unter anderem Bio-Gel (als Grundlage für das Zellwachstum), Stammzellen und andere gewebe- oder organspezifische Zellen verwendet. Auf diese Weise ist es bereits gelungen, eine Ohrmuschel, eine Harnblase, Fragmente der Leber, der Haut und des Herzens oder der Blutgefäße zu gewinnen. Die Entwicklung dieser Technologie wird es ermöglichen, viele der mit der Transplantation verbundenen Probleme zu beseitigen, wie z.B. eine unzureichende Anzahl von Spendern oder das Problem einer negativen immunologischen Reaktion (Transplantatabstoßung).
Wie wir mit COVID-19 gekämpft haben
Siehe unseren Artikel über den Druck von Schutzvisieren für Krankenhäuser auf Prusa-Druckern.
Medikamente
Die Herstellung von Arzneimitteln mit Hilfe spezieller 3D-Drucker bietet die Möglichkeit einer äußerst präzisen Dosierung sowie die Möglichkeit, Arzneimittel auf die Bedürfnisse eines bestimmten Patienten zuzuschneiden (z. B. mehrere Substanzen in eine Tablette zu packen). Dadurch werden viele der Probleme vermieden, die mit dem Kauf von Massenmedikamenten verbunden sind, wie z.B. das Fehlen der richtigen Dosierung oder das Vorhandensein von allergenen Hilfsstoffen wie Laktose.
Medizinische Ausrüstung
Viele Komponenten medizinischer Geräte, die tagtäglich verwendet werden, können mit 3D-Druckern hergestellt werden. Der Einsatz dieser Technologie ermöglicht es oft, die Produktionskosten zu senken und den gesamten Prozess zu beschleunigen. Das ist zum Beispiel bei unerwarteten Ereignissen wie Epidemien oder Naturkatastrophen extrem wichtig, wenn die Zahl der hilfsbedürftigen Patienten dramatisch ansteigt.
Arzneimitteltests – Druck von Zellen
Die schnelle Replikation von Zellen, wie z.B. Krebszellen, kann die Entwicklung neuer Medikamente erheblich beschleunigen. Der 3D-Druck ist eine der modernsten Methoden, mit der sich die benötigten Zellen viel effizienter vermehren lassen als mit herkömmlichen Kulturen.
Welche 3D-Drucktechnologien haben das größte Potenzial?
Die Art der verwendeten Technologie hängt von dem zu erreichenden Ziel ab. Bei Prothesen, medizinischen Geräten (z. B. Beatmungsgeräten), anatomischen Modellen oder bestimmten Implantaten werden meist ähnliche Geräte wie in anderen Branchen verwendet. Dabei handelt es sich in der Regel um Stereolithographen (SLA), Pulverdrucker (SLS) oder Drucker, die thermoplastische Materialien verwenden (FDM). Im Gegensatz dazu werden für das Drucken von Zellen, Geweben und Organen Spezialgeräte verwendet, die oft nur in einer oder wenigen Einheiten auf Bestellung für Krankenhäuser oder Forschungszentren gebaut werden.
Unten sehen Sie YouTube-Filmmaterial, das zeigt, wie der 3D-Druck den Mangel an Organen für die Transplantation beheben kann.
