Drukowana w 3D proteza kości nogi ratuje mężczyznę od amputacji
W szpitalu Gregorio Marañón w Madrycie, we współpracy z inżynierami Politechniki Madryckiej, przeprowadzono pierwszy przeszczep kości piszczelowej wydrukowanej w 3D z metamateriału tytanowego. Implant o masie zaledwie 300 g wytrzymuje obciążenie ponad 500 kg i uratował 38-letniego pacjenta z mięsakiem kości przed amputacją nogi. Sukces był możliwy dzięki połączeniu druku 3D, obrazowania radiologicznego i symulacji na „cyfrowym bliźniaku” zdrowej kończyny. Zespół planuje kolejne zabiegi, m.in. przeszczepy nadgarstka i mostka.
Zespół ze szpitala uniwersyteckiego Gregorio Marañón w Madrycie, przy współpracy z inżynierami Politechniki Madryckiej (UPM) przeprowadził pierwszy przeszczep kości wydrukowanej w 3D. Kość została wszczepiona 38 letniemu pacjentowi z mięsakiem kości piszczelowej, który dzięki temu uniknął amputacji. Na czym polega potencjał druku 3D w protetyce kości, i jakie inne technologie zostały zastosowane, aby umożliwić przeszczep? Jeśli chcesz najpierw poznać podstawy i dowiedzieć się, czym dokładnie jest druk 3D, zacznij od naszego przewodnika.
Połączenie nowoczesnych technologii
Innowacyjny implant przeprowadzony w szpitalu Gregorio Marañón jest dowodem na to, jak wielką rolę w rozwoju nowoczesnej medycyny odgrywają technologie i kompetencje z zakresu inżynierii. Aby stworzyć implant dopasowany do ciała i anatomii pacjenta naukowcy wykorzystali nie tylko produkcję addytywną, ale wykorzystali technologię obrazowania radiologicznego, czerpiąc przy tym z nauki o materiałach. Skany i symulacje na “cyfrowym bliźniaku” zdrowej nogi pozwoliły ocenić i odtworzyć rozkład obciążeń w zdrowej nodze i wybrać miejsca mocowania, które zapewnią największą stabilność. Więcej przykładów przełomowych zastosowaniach druku 3D w medycynie opisaliśmy w osobnym artykule.
Metamateriał: co to takiego?
Proteza kości przeszczepiona pacjentowi madryckiego szpitala została wykonana z metamateriału tytanu. Metamateriał to stworzony przez człowieka materiał, który swoje właściwości czerpie nie tylko ze składu chemicznego, ale także ze specyficznej struktury w skali wyższej niż cząsteczkowa. Ta technologia, stosowana zwłaszcza w przemyśle lotniczo-kosmicznym, pozwala osiągać właściwości nie występujące w przyrodzie, lub, jak w przypadku omawianego w tym artykule przeszczepu kości, imitować właściwości naturalnych tkanek z użyciem syntetycznych materiałów. Choć wydrukowana w 3D kość nie przypomina składem chemicznym prawdziwej, rozkłada ciężar w podobny sposób, dzięki czemu pozwala na utrzymanie pionowej postawy i ruch z użyciem kończyny. Właściwości materiału można modyfikować również w druku domowym — pozwalają na to filamenty kompozytowe wzmacniane dodatkami. W druku 3D materiał decyduje o właściwościach gotowego wydruku — wyjaśniamy, jak dobrać materiał do konkretnego zastosowania. Choć do wydruku implantów potrzebne są materiały medyczne, w domowym i warsztatowym druku 3D sprawdzą się klasyczne filamenty do drukarek 3D dostępne w naszym sklepie.
Implant dopasowany do potrzeb pacjenta
Pacjent, który otrzymał przeszczep drukowanej w 3D kości, 38-letni Pierre Chazel, miał poważnie obniżoną gęstość kości w wyniku złośliwego raka - mięsaka kości piszczelowej - oraz przebytych infekcji. Z tego powodu nie był kandydatem do “tradycyjnej” protezy kości, która waży kilka kilogramów. W porównaniu, wykonana z metamateriału implant waży zaledwie 300g. Drukowany w 3D implant ma także znacznie większy udźwig - może wytrzymać obciążenie ponad 500 kg, podczas gdy klasyczna proteza wytrzymuje 100-150 kg. Jeśli Twoje projekty muszą przenosić duże obciążenia, warto sięgnąć po filamenty inżynieryjne o wysokiej wytrzymałości. Jeśli chcesz wiedzieć, jak druk 3D zmienia protetykę, sprawdź nasz osobny wpis na ten temat.
Co więcej, implanty w technologii 3D skracają czas operacji niemal o połowę, co zwiększa bezpieczeństwo i zmniejsza obciążenie ciała pacjenta. Operacja Pierre Chazel’a powiodła się, a mężczyzna po dwóch latach choroby zaczął stawać na nogę i chodzić. Zachęceni sukcesem chirurdzy ze szpitala Gregorio Marañón przeprowadzili już kolejny zabieg tego typu i planują następne, w tym przeszczepy nadgarstka i mostka. Implanty to nie jedyny obszar medycyny, który zmienia produkcja addytywna — piszemy również o lekach drukowanych w 3D.
Źródła:
Czym jest metamateriał i dlaczego użyto go do wydruku kości?
Metamateriał to materiał stworzony przez człowieka, którego właściwości wynikają nie tylko ze składu chemicznego, ale przede wszystkim ze specyficznej struktury w skali większej niż cząsteczkowa. W przypadku implantu kości piszczelowej taka struktura pozwoliła odwzorować sposób, w jaki naturalna kość rozkłada obciążenia — przy zachowaniu bardzo niskiej masy.
Ile waży implant wydrukowany w 3D w porównaniu z klasyczną protezą?
Implant z metamateriału tytanowego waży zaledwie około 300 gramów, podczas gdy tradycyjna proteza kości waży kilka kilogramów. Jednocześnie wersja drukowana w 3D wytrzymuje obciążenie ponad 500 kg, a klasyczna proteza tylko 100–150 kg.
Jakie technologie poza drukiem 3D były potrzebne do przygotowania implantu?
Oprócz produkcji addytywnej lekarze i inżynierowie wykorzystali obrazowanie radiologiczne oraz wiedzę z zakresu nauki o materiałach. Kluczowe były symulacje na „cyfrowym bliźniaku” zdrowej nogi pacjenta, które pozwoliły odtworzyć rozkład obciążeń i wybrać najbardziej stabilne punkty mocowania implantu.
Dlaczego pacjent nie mógł otrzymać tradycyjnej protezy?
38-letni Pierre Chazel miał znacznie obniżoną gęstość kości w wyniku mięsaka kości piszczelowej oraz przebytych infekcji. Ciężka, kilkukilogramowa proteza klasyczna nie mogła zostać bezpiecznie zamocowana, dlatego jedyną alternatywą wydawała się amputacja — do momentu, gdy zaproponowano lekki implant drukowany w 3D.
Czy takie przeszczepy będą wykonywane częściej?
Tak. Operacja zakończyła się sukcesem — pacjent po dwóch latach choroby zaczął ponownie stawać na nogę i chodzić. Zespół szpitala Gregorio Marañón przeprowadził już kolejny zabieg tego typu i planuje następne, m.in. przeszczepy nadgarstka i mostka. Dodatkową zaletą technologii jest skrócenie czasu operacji niemal o połowę.
Copywriterka w redakcji print24.com.pl od 2024 roku. Tworzy przejrzyste poradniki, które pomagają dobrać odpowiednie materiały eksploatacyjne do drukarek, i przybliża czytelnikom nowinki ze świata drukowania. Z wykształcenia magister filologii angielskiej ze specjalnością tłumaczeniową, posługuje się polskim, angielskim i japońskim. Prywatnie — pasjonatka kultury Dalekiego Wschodu, podróży i fotografii.