W procesie produkcji cennego radiofarmaceutyku, molibdenu-99, kluczową rolę odgrywają cienkie tarcze uranowe. Europejski patent, właśnie przyznany naukowcom z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku, może tę produkcję zoptymalizować dzięki tarczom wykonanym z użyciem druku przestrzennego.
Współczesne techniki obrazowania budowy i funkcji ludzkiego ciała - potrzebne choćby w diagnozie chorób nowotworowych - w istotnej części zależą od radiofarmaceutyków, czyli substancji czynnych zawierających odpowiednio dobrane izotopy promieniotwórcze. Gdy radiofarmaceutyk zostanie wprowadzony do organizmu pacjenta, jego przepływy lub miejsca kumulacji można monitorować rejestrując fotony emitowane przez jądra rozpadającego się radioizotopu.
Dziś aż 80 proc. zabiegów diagnostycznych z użyciem radiofarmaceutyków wymaga stosowania molibdenu-99. "W przyszłości wydajność produkcji tego cennego radioizotopu będzie można zwiększyć m.in. dzięki tarczom uranowym przygotowywanym za pomocą druku przestrzennego. Europejski patent na takie rozwiązanie właśnie trafił do rąk naukowców z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku" - informują przedstawiciele instytutu w przesłanym PAP komunikacie.
„Światowe zapotrzebowanie na molibden-99 jest ogromne. Jest to radioizotop wytwarzany zazwyczaj w badawczych reaktorach jądrowych, czyli w urządzeniach o ograniczonych możliwościach produkcyjnych. Właśnie dlatego tak ważne jest ciągłe doskonalenie metod jego produkcji” - mówi cytowany w komunikacie współtwórca patentu prof. Paweł Sobkowicz (NCBJ).
Okres połowicznego rozpadu molibdenu-99 to 67 godzin. Jest to czas zapewniający możliwość spokojnego transportu radioizotopu z miejsca produkcji do szpitala.
„Molibden-99 najczęściej powstaje przez napromienianie neutronami niewielkich tarcz zawierających nisko wzbogacony uran-235 - mówi mgr inż. Maciej Lipka, jeden ze współautorów patentu. - Neutrony z reaktora mają ograniczoną zdolność przenikania do wnętrza materiału tarczy. Aby zagwarantować, że jak najwięcej jąder uranu-235 przekształci się w molibden-99, tarcze zazwyczaj przygotowuje się w postaci cienkich płytek z dyspersji uranu lub jego tlenku albo krzemku w aluminium. Proces produkcji płytek nie pozostawia wiele miejsca na optymalizację. Dlatego zaproponowaliśmy inny sposób przygotowywania tarcz uranowych: druk przestrzenny metodą laserowego spiekania proszków”.
Laserowe spiekanie proszków metalowych to rodzaj druku przestrzennego polegający na użyciu lasera o odpowiedniej mocy do selektywnego topienia cienkiej warstwy proszku, wcześniej równomiernie rozprowadzonej wewnątrz pojemnika na platformie roboczej. Po utrwaleniu pierwszej warstwy, platforma nieznacznie się obniża, nanoszona jest kolejna warstwa proszku i cały cykl można powtórzyć wymaganą liczbę razy.
„Techniki druku przestrzennego są znane od dawna, mimo to do tej pory nie używano ich do wytwarzania tarcz uranowych do napromieniania neutronami w reaktorach. Sądzimy jednak, że taki sposób produkcji tarcz może mieć sporo zalet” - stwierdza prof. Sobkowicz.
W tarczy wystawionej na działanie neutronów zachodzą reakcje jądrowe, których ubocznym produktem jest ciepło. Jak informują przedstawiciele NCBJ, użycie druku trójwymiarowego pozwala zoptymalizować kształt tarcz tak, by ciepło efektywniej rozpraszało się do otoczenia. Same tarcze nagrzewałyby się więc słabiej, a to pozwoliłoby zwiększyć w nich zawartość uranu-235. W rezultacie podczas jednego naświetlania można byłoby wyprodukować więcej molibdenu-99.
„Podczas ostrzeliwania neutronami, w tarczy uranowej powstaje nie tylko molibden-99, ale też wiele innych izotopów. Po wyjęciu z reaktora każdą tarczę trzeba więc poddać stosownej obróbce chemicznej, która służy wyodrębnieniu molibdenu. Tymczasem za pomocą druku przestrzennego można przygotować np. tarcze ażurowe, o bardzo dużej powierzchni czynnej, skuteczniej oddziałujące z rozpuszczalnikami chemicznymi” - mówi mgr inż. Lipka.
Prawdopodobnie najbardziej obiecujący aspekt patentu - komentują przedstawiciele NCBJ - wiąże się z możliwością zwiększenia wydajności przetwarzania samego uranu-235. W każdej tarczy poddanej napromienieniu część jąder tego izotopu nie ulega przemianom jądrowym. Kształty tarcz drukowanych można więc zaprojektować z myślą o zwiększeniu ilości odzyskiwanego uranu. Po wyodrębnieniu, mógłby on być użyty do budowy kolejnych tarcz.
“Obecnie ponad 10 proc. światowego zapotrzebowania na molibden-99 jest pokrywane dzięki polskiemu badawczemu reaktorowi jądrowemu Maria, ulokowanemu w Świerku pod Warszawą. W NCBJ znajduje się także Ośrodek Radioizotopów POLATOM, producent generatorów technetowych, które są eksportowane do ponad 70 państw” - informują przedstawiciele instytucji.
Pełny komunikat dostępny jest na stronie NCBJ.
Komentarze
[ z 7]
Druk 3D z pewnością jest przyszłością jeżeli chodzi o medycynę. Od lat słyszy się doniesienia o nowych osiągnięciach, które w danej dziedzinie stały się rewolucją. Produkcja przykładowo implantów techniką druku trójwymiarowego, dokładnie spersonalizowanych do pacjenta z pewnością z punktu widzenia pacjenta jest korzystna. W wielu przypadkach szybciej dochodzi do rehabilitacji i szybszego powrotu do codziennego, normalnego życia. Jak czytamy w artykule za pomocą drukarek 3D można otrzymać bardzo ważne leki, które są bardzo przydatne medycynie, zwłaszcza onkologii, która w ostatnich latach rozwija się bardzo szybko.
Jeszcze kilka lat temu druk 3D wiązał się z dużymi nakładami finansowymi. Aktualnie dzięki temu, że w coraz większej liczby nowoczesnych pracowni na wyposażeniu są profesjonalne drukarki i coraz większa liczba osób wie jak je obsługiwać to staje się to po prostu tańsze i bardziej dostępna. Wydaje mi się to bardzo pozytywną sytuacją biorąc pod uwagę jak wielu pacjentów potrzebuje spersonalizowanych struktur, które mogą uratować zdrowie, a nawet życie. Ostatni akapit w artykule pokazuje jak ogromną rolę odgrywa polski ośrodek badawczy, zapewniając znaczną część zapotrzebowania na molibden-99, co z pewnością zasługuje na słowa uznania.
Wiele osób obawia się wszelkich działań związanych z atomem czy energią atomową, co z uwagi na różne historyczne wydarzenia może wydawać się czymś normalnym. Warto jednak zwrócić uwagę, że aktualnie istnieje ogromna liczba zabezpieczeń, która pozawala zminimalizować ryzyko groźnych awarii. W dzisiejszych czasach radioterapia odgrywa istotną rolę, zwłaszcza w onkologii, ale powoli znajduje swoje zastosowanie w innych dziedzinach medycyny. Z tego też względu warto jest udoskonalać takie formy terapii i zwiększać możliwość do ich dostępności, ponieważ w wielu przypadkach jest to jedyna forma terapii.
Druk 3D w medycynie i biodruk 3D są niezwykle trudnymi tematami, ale zarazem jakże interesującymi. Zdaniem naukowców, wytwarzanie przyrostowe narządów jest jedynie kwestią czasu, a biodrukarki 3D staną się standardowym wyposażeniem szpitalnych laboratoriów. W marcu 2019 roku zrobiło się głośno o osiągnięciu polskich naukowców pod przewodnictwem dr hab. med. Michała Wszoły, którzy stworzyli tzw, bioniczną trzustkę. Miała ona formę rusztowania (scaffoldu) stworzonego z komórek macierzystych pacjenta, co eliminowało ryzyko odrzutu. Osiągnięcie było wyjątkowe i stanowiło prawdziwe wydarzenie na skalę światową, jednakże w mediach głównego nurtu mogliśmy zapoznać się z bardzo uproszczonym opisem, co mogło wprowadzić wiele osób w błąd co do tego, co tak naprawdę się wydarzyło… Biodruk 3D wysp trzusktowych w niczym nie przypomina klasycznego druku 3D. Drukowanie 3D tkanek jest niezmiernie trudne, gdyż biotusz, zawierający żywe komórki i wyspy trzustkowe musi być przechowywany w warunkach imitujących wnętrze ludzkiego ciała. Podczas biodrukowania 3D konieczne jest utrzymanie odpowiedniej wilgotności, temperatury i całego szeregu innych parametrów, co jest to możliwe jedynie za sprawą specjalnego tzw. „bioreaktora”. Kolejnym wyzwaniem jest zamiana płynnego biotuszu, znajdującego się w dyszy, w stan stały po zadziałaniu odpowiednich czynników fizykochemicznych. Ze względu na ogrom wymagań i trudu związanego z wytwarzaniem, zarówno biotuszu, utrzymaniem odpowiednich warunków w bioreaktorze, jak i samym procesem biodrukowania 3D, druk 3D w medycynie jest uznawany za temat przyszłości. Warto również wspomnieć, że rzeczona bioniczna trzustka stanowiła jedynie zalążek prawdziwej tkanki o wysokości 1 cm i grubości 1,5 cm i nie była w pełni funkcjonalnym organem. Wytwarzanie przyrostowe skóry jest zdecydowanie prostszym tematem od druku 3D organów. Wynika to z faktu, iż skóra posiada znacznie prostszą budowę niż narządy. Podobnie jak w przypadku organów, do biodrukowania 3D skóry używany jest specjalny biotusz, zawierający ludzkie osocze, fibroblasty oraz keratynocyty. Wydrukowana 3D skóra może być w pełni funkcjonalna, ponieważ składa się z warstwy naskórka, oraz skóry właściwej, zawierającej kolagen i białka fibroblastów. Ze względu na obecność żywych komórek, nadal wymagane jest utrzymanie odpowiednich warunków biofabrykacji, niemniej jednak dużo zależy od przeznaczenia wyrobu. Jeżeli tkanka ma być przeszczepiona pacjentowi z rozległymi oparzeniami, to konieczna jest biopsja komórek od pacjenta i wytworzenie specjalnego biotuszu do biodruku 3D. Natomiast jeśli wyrób ma być stosowany w przemyśle, np. do badań kosmetyków czy leków przeciwzapalnych, fabrykacja staje się zdecydowanie prostsza. Wokół druku 3D krąży przekonanie, że możliwe jest drukowanie 3D kości – tymczasem w rzeczywistości jest to wytwarzanie implantów regeneracyjnych, które po określonym okresie czasu będą rozpuszczać się w ciele pacjenta. Takie implanty stymulują rozrost rodzimej tkanki kostnej, bez negatywnego wpływu na zdrowie pacjenta. Można je stosować w przypadku, gdy ubytek jest relatywnie duży, a pobranie fragmentu kości do przeszczepu z innego miejsca w ciele człowieka jest niemożliwe. Druk 3D umożliwia zaprojektowanie rusztowania, które będzie wspierać naturalny rozrost tkanki. Dużą zaletą jest ich personalizacja i możliwość wykonania z kompozytu biokompatybilnego materiału (np. PCL) i proszku kostnego. Implant regeneracyjny rozpuszcza się w ściśle kontrolowany sposób w ciele pacjenta, a tkanka kostna obrasta implant, sukcesywnie zajmując jego powierzchnię. Niestety powyższe rozwiązanie wciąż stanowi jedynie koncept rozwiązania, które jest testowane przez różne ośrodki naukowo-badawcze.
Bardzo ciekawy komentarz. Druk 3D leków nie jest niczym nowym – mimo, że testy są prowadzone już od ponad dwudziestu lat, technologia wytwarzania przyrostowego w farmacji nie została jeszcze skomercjalizowana. Niemniej jednak, druk 3D leków jest bardzo potrzebny w medycynie. Dlaczego? Druk 3D umożliwia pełną personalizację środków leczniczych, w tym szybkość uwalniania dawki czynnej, czy dostosowanie jej wielkości. Dostosowanie medykamentów do potrzeb pacjenta niesie za sobą wiele zalet. Pierwszą, która nasuwa się na myśl jest zmniejszenie ilości i rozmiaru przyjmowanych tabletek. Sterując mechanizmem uwalniania substancji czynnej oraz za sprawą wytwarzania przyrostowego można zastąpić wiele dawek leku jedną. Kolejnym powodem, dla którego druk 3D leków jest potrzebny są tzw. leki sieroce. Są to środki lecznicze potrzebne do leczenia rzadko występujących chorób. Z uwagi na to, że niektóre schorzenia występują z bardzo małą częstotliwością, koncernom medycznym nie opłaca się produkować i magazynować środków leczniczych na małą skalę. Innym czynnikiem, dlaczego warto inwestować w druk 3D leków jest efekt placebo. Kolor, wielkość i ogólny wygląd leków ma znaczący wpływ na efektywność leczenia, zwłaszcza w przypadku młodszych pacjentów. Dzieci zazwyczaj nie chcą połykać dużych, gorzkich tabletek. Dlatego naukowcy opracowali tabletki o różnych, ciekawych kształtach, oraz w formie gumy do żucia. Wielu z was pewnie pomyślało, że druk 3D leków nie został wdrożony, ze względu na straty jakie poniosą wielkie koncerny medyczne. Nic bardziej mylnego. Jak wspomniałam, w niektórych przypadkach produkcja masowa leków jest nieopłacalna, głównie ze względu na rzadkość występowania leczonych przez nie schorzeń. Druk 3D może znacznie zmniejszyć koszty magazynowania takich leków, ich transportu i utylizacji. Zatem niesie wiele korzyści zarówno dla pacjentów, lekarzy, jak i koncernów farmaceutycznych. Coraz więcej gabinetów stomatologicznych decyduje się na zakup skanera doustnego i drukarki 3D. Dzięki nim możliwe jest szybkie i wysoce spersonalizowane tworzenie szyn zębowych, mostów czy nakładek na zęby z żywic światłoutwardzalnych. Druk 3D implantów stomatologicznych jest możliwy, aczkolwiek bardzo drogi. Sama drukarka 3D, która umożliwia drukowanie 3D z ceramiki, z której są wykonywane implanty zębowe jest kosztownym wydatkiem. Znacznie łatwiejsza jest sprawa drukowania 3D koron zębowych. Na podstawie skanu 3D technik wykonuje trójwymiarowy model korony, która później może być wydrukowana ze specjalnych żywic, przystosowanych do wytwarzania koron i mostów dentystycznych.
Modele anatomiczne do edukacji, organy pacjentów wydrukowane na podstawie skanów USG, implanty lub narzędzia chirurgiczne. Druk 3D oferuje wiele aplikacji w medycynie. Polscy lekarze specjaliści, chirurdzy, kardiolodzy już teraz używają wydruków 3D, by lepiej przygotować się do operacji. Na drukarkach 3D mogą powstawać realistyczne modele anatomiczne całych układów lub poszczególnych organów. Wydruki mogą odzwierciedlać wygląd prawdziwych narządów z barwnym unerwieniem czy fakturą tkanki. Chirurdzy korzystają z modeli wykonanych na podstawie skanów USG lub RTG. Wierne kopie zajętych chorobą organów pozwalają lepiej zaplanować zabieg, co przekłada się na krótszy czas operowania i bezpieczeństwo pacjenta. Druk 3D sprawdza się w wytwarzaniu indywidualnych instrumentów operacyjnych. Wydruki z materiałów biokompatybilnych mogą być sterylizowane w autoklawie i są dopuszczone do kontaktu z tkanką. Stwierdzenia typu: uważaj na siebie, bo nie masz części zamiennych mogą szybko wyjść z użycia. Wszystko za sprawą zastosowania technologii generatywnych w medycynie !
Technologia przyrostowa znana jest od ponad 30 lat. Drukarki 3D początkowo spełniały rolę urządzeń do prototypowania. Rynek zmusił producentów do budowy urządzeń o większej palecie zastosowań, obok wykonywania prototypów obecne drukarki 3D stosowane są do seryjnej produkcji. Współczesny przemysł w obliczu globalizacji świata wymaga urządzeń, które zredukują koszty produkcji, zminimalizują czas przygotowania technologii oraz umożliwią produkcję krótkich serii czy też jednostkowych egzemplarzy bez potrzeby angażowania dużych nakładów finansowych w ich produkcje. Raporty rynków finansowych prezentują, że inwestycje w druk 3D wzrastają o ok. 20% z roku na rok. To zachęca do inwestowania a konstruktorów do rozwoju tej branży. Obecne technologie oparte na frezowaniu jak i toczeniu w maszynach CNC sukcesywnie będą wypierane przez maszyny hybrydowe budujące zadany kształt i jednocześnie obrabiające powierzchnię. Z danych o rynku 3D, branża medyczna stanowi ok. 1/4 całego rynku stosowania drukarek 3D. Źródła podają również, że ok. 20% komponentów kostnych pacjenta jest teraz drukowana lub frezowana przy użyciu CNC. Tak dynamiczny rozwój wymuszony jest potrzebą wytwarzania spersonalizowanych „części zastępczych” dla chorego bez podnoszenia kosztów. Współczesny pacjent to człowiek aktywny fizycznie, często uprawiający sporty ekstremalne. Wiąże się to ze zwiększoną liczbą kontuzji oraz potrzebą rehabilitacji. Aplikacje druku 3D w medycynie stosowane są w: ortopedii, otolaryngologii, stomatologii jak i kardiologii. Codziennością staje się stosowanie druku 3D w diagnostyce przedoperacyjnej i planowaniu zabiegów oraz pomocy dydaktycznych dla studentów. Druk 3D niweluje niedoskonałości, jakie napotykano przy produkcji indywidualnej. Ważnym czynnikiem ograniczającym produkcję spersonalizowaną były wysokie koszty przygotowania produkcji, czasem za wysokie, aby wykonać jeden produkt. Dlatego nowa epoka oparta na technologiach przyrostowych przede wszystkim skraca czas produkcji, obniża koszty prototypowania i wdrożenia, minimalizuje koszty materiałowe, ogranicza ilość odpadów. Pierwszy wydruk 3D na potrzeby medycyny został wykonany w 1999 roku do zbudowania rusztowania, który pokryto komórkami własnymi pacjenta, posłużył on w terapii przerostu pęcherza moczowego. W roku 2002 badacze opracowali miniaturową nerkę, która miała zdolność filtracji krwi i produkowania rozcieńczonego moczu u zwierząt. Wraz z postępem technologii druku 3D medycyna ewoluuje, lekarze mogą wszczepiać indywidualnie zaprojektowane implanty, a w laboratoriach hodowane są tkanki i ludzkie narządy. Zaprojektowano nowoczesne biozgodne materiały, które wspomagają organizm w odbudowie tkanek na skafoldzie wydrukowanym na urządzeniach 3D, co daje szanse dla regeneracji tkanek i uzupełnienie ubytków. Obecnie ubytki kości można wypełnić indywidualnie zaprojektowanym wszczepem, a tradycyjne protezy są zastępowane przez drukowane. Możliwe jest zastosowanie technik druku przestrzennego w wytwarzaniu implantów, protez czy też egzoszkieletów, tych prostych jak też dalece zaawansowanych. Medycyna korzysta z zalet technik przyrostowych także do budowania modeli narządów, za pomocą których staje się możliwe precyzyjne zaplanowanie operacji, co zmniejsza ryzyko błędów i usprawnia jej przebieg. Największe możliwości wykorzystywania druku 3D w medycynie związane są ze sztucznymi narządami. Wyhodowanie tkanek w laboratoriach jest mocno skomplikowane. Drukarki 3D, które używają jako budulca ludzkich komórek, dały nadzieję na powodzenie projektu, dzięki którym chorzy potrzebujący transplantacji, nie będą czekać na dawcę narządu. Wytwarzanie addytywne prócz tego, że jest ułatwieniem życia codziennego i bywa świetną rozrywką, może również ratować ludzkie życie. Stomatologii i ortodoncja jest podatnym gruntem dla druku przestrzennego. Za pomocą drukarek 3D można produkować implanty zębów jak także wypełnienia ze skanów 3D lub fotografii uzębienia pacjenta, a ich wykonanie nie trwa całych tygodni jak tradycyjnych implantów, ale zaledwie godziny. Rozwój technik szybkiego prototypowania i wytwarzania znacząco obniżył koszty produkcji jednostkowej przy jednoczesnym wzroście jakości. W medycynie coraz częściej stawia się na personalizację wytwarzanych produktów, w szczególności implantów i modeli przedoperacyjnych. Tematyka wspomagania przedoperacyjnego jest relatywnie nowa, ze względu na znikomą ilość odpowiednich narzędzi do produkcji modeli pomocniczych. Do niedawna pomoc taka dotyczyła jedynie diagnostyki i analizy obrazowania medycznego. Złożona budowa narządów oraz różnorodność anatomiczna człowieka powodują, że wytworzenie modeli anatomicznych, pomocnych do planowania zabiegu, nie jest produkcją małoseryjną, a jedynie jednostkową. Jednakże zapotrzebowanie na modele istnieje i staje się coraz częściej podstawą w przygotowaniu lekarza/lekarza rezydenta oraz studenta (aspekt edukacyjny). Dlatego pojawia się potrzeba tworzenia i realizowania projektów ułatwiających produkcji modeli przedoperacyjnych gwarantujących zachowanie najwyższej dokładności i odwzorowania anatomii . Odpowiedzią na tą potrzebę jest szybkie prototypowanie i wytwarzanie, które za pomocą przyrostowego budowaniu modeli, daje możliwość otrzymania skomplikowanych kształtów, niemożliwych do otrzymania przy stosowaniu metod ubytkowych. Oprócz tego wprowadzenie technik addytywnych umożliwia zmniejszenie czasu procesu wytwórczego i maksymalne obniżenie kosztów . Obecnie modele przedoperacyjne czy też szablony wspomagające zabiegi wykonywane są w formie zlecenia do firm wyspecjalizowanych w wytwarzaniu addytywnym takich modeli. Związane jest to przede wszystkim z nietypowym charakterem zamówień, wymagającym wiedzy z zakresu inżynierii jak i medycyny, a także wciąż małą popularnością stosowania modeli anatomicznych w szpitalach. Stwarza to konieczność stosowania rozbudowanych konsultacji lekarza i inżyniera, co prowadzi do spowolnienia wytworzenia modelu. Jednakże stanowi ważny element procesu produkcyjnego, niemożliwy do pominięcia. Drogą generowania przyrostowego produktu, nakładając kolejne płaskie przekroje modelu, możliwe staje się otrzymanie obiektów o skomplikowanej budowie i złożoności kształtów niż jest to możliwe do osiągnięcia w przypadku technik ubytkowych. Przekłada się to na wykorzystanie tej technologii w wytwarzaniu modeli medycznych wspomagających planowanie przedoperacyjne, szablonów wykorzystywanych w czasie operacji jak i spersonalizowanych implantów lub protez zewnętrznych. Medycyna chętniej i częściej korzysta z możliwości szybkiego wytwarzania dla modeli anatomicznych, najczęściej wykorzystywane jest drukowanie uplastycznionym tworzywem sztucznym – FDM (Fused Deposition Modeling). Powszechność metody wynika z szerokiej dostępności do urządzeń niskobudżetowych oraz bogatej gamy materiałów wykorzystywanej tej technologii. Dodatkowo technologia jest dynamicznie rozwijana, co skutkuje poprawieniem dokładności odwzorowania wytwarzanych modeli przy jednoczesnym zachowaniu niskiej ceny i krótkiego czasu wydruku. Technologię FDM wykorzystuje się w przypadku modeli poglądowych za pomocą których przedstawiane są zależności struktur w modelowanym narządzie, umożliwiające usprawnienie przygotowania przedoperacyjnego, stanowią również element dydaktyczny dla młodych lekarzy, studentów i samych pacjentów. W przypadku wykonywania symulacji operacji bądź wytwarzania skomplikowanej patologii, wymagającej wysokiej dokładności elementów modele wykonane w technologii FDM nie do końca spełniają swoje role. W związku z tym przy wytwarzaniu fantomów, sięga się po inne technologie m.in. stereolitografie – SLA lub PolyJet. Największymi ich zaletami są: precyzyjne odwzorowanie kształtu, wysoka dokładność wytwarzanych elementów oraz mniejsze wartości grubości warstwy. Modele wydrukowane tymi technologiami są bardziej szczegółowe, dlatego w przypadku wysoce skomplikowanych operacji np. kardiochirurgicznych, gdzie konieczne jest również zamodelowanie sieci naczyń krwionośnych, sięga się do tych metod. Należy również wspomnieć, że z uwagi na sposób pracy drukarek SLA i PolyJet, mamy możliwość wykorzystania żywic oraz innych materiałów o obniżonej twardości, a to przekłada się na możliwości wyprodukowania modeli imitujących żywe tkanki miękkie. Dzięki temu wydrukowane modele mogą zostać wykorzystane do przeprowadzenia symulacji operacji, nawet wielokrotnie, tak jak ma to miejsce w IPCZD. Technologie te są droższe i bardziej czasochłonne w przeciwieństwie do metody FDM. Decyzja o doborze technologii związana jest z konkretnym przypadkiem, czasem i budżetem jakimi dysponuje szpital oraz wymaganiami jakie ma spełniać model. W produkcji implantów czy też protezoplastyki dominują technologie selektywnego spiekania laserowego proszków metali – DMLS (Direct Metal Laser Sintering), stosujące proszki tytanowe, wykorzystywane również w klasycznej produkcji endoprotez. Z powodu dużych obciążeń występujących w obszarach zastosowania endoprotez czy też niektórych płytek tytanowych, niemożliwy jest wydruk w innych technologiach, bazujących na wytwarzaniu z tworzyw sztucznych. Przygotowanie spersonalizowanego modelu anatomicznego, musi uwzględniać specyficzny charakter danych będących źródłem informacji dla dalszych etapów produkcji. Obiekt wejściowy stanowi organizm ludzki, a dokładniej wybrany organ lub grupa narządów i struktur anatomicznych. Z powodu tego, że należy odwzorować już istniejący obiekt fizyczny, konieczne jest zastosowanie metod inżynierii odwrotnej, digitalizacji oraz segmentacji, które posłużą do uzyskania trójwymiarowego obrazu geometrycznego Zdjęcia diagnostyczne w formacie DICOM są importowane do oprogramowania umożliwiającego segmentację obrazu (np. MIMICS, IntelliSpace Portal czy też inne bezpłatne narzędzia). Określając konkretny zakres odcieni szarości dla wybranej tkanki (skala Hounsfielda), możliwe jest wygenerowanie modelu trójwymiarowego i jego eksport do formatu STL. Ten etap wymaga ścisłej współpracy inżyniera z lekarzem w celu zatwierdzenia poprawności anatomicznej modelu i jego relacji z innymi strukturami. Pozyskany model cyfrowy poddawany jest dalszym obróbkom, mającymi na celu usunięcie artefaktów (wszelkie braki, pozostałości tkanek przylegających) oraz wygładzeniu, z uwzględnieniem wymagań wynikających ze stosowanej technologii wytwórczej (druk 3D). Na tym etapie stosowane są programy z możliwością pracy na siatce trójkątów, np. GOM Inspect, MeshLab czy MeshMixer. Zaakceptowany model cyfrowy przesyłany jest do systemów (slicer dedykowany do drukarki) gdzie dzielony jest na warstwy i zapisywany w postaci komend w formacie G-Code, ten natomiast odczytywany przez drukarkę steruje zespołem drukującym. Ostatnim etapem pracy jest postprocessing uzyskanego wydruku w celu usunięcia podpór poprawy jego wyglądu. Przezroczystość modelu można uzyskać poprzez dobór technologii druku przyrostowego, w zależ ności od budżetu jakim dysponuje szpital. W przypadku technologii FDM, dostępne są na rynku materiały półprzezroczyste, dające znaczną widoczność struktur wewnętrznych, ale podstawową wadą jest wysoka twardość materiału. Alternatywnym wyjściem dla tego rozwiązania, jeśli nie mamy dostępu do technologii Poly-Jet jest wykonanie odlewu silikonowego danego narządu, dzięki czemu model wykazuje zarówno właściwości transparentne jak i niską twardość. Rozwój technik cyfrowych w stomatologii w ostatnich latach znacząco przyspieszył. Diagnostyka i produkcja elementów protetycznych opiera się w dużej mierze na technikach digitalnych co umożliwia stosowanie druku 3D. Pozyskany przez lekarza plik poddawany jest kolejnym przemianom w programach, które na celu mają wizualizację rzeczywistego modelu obszaru protetycznego. Część prac protetycznych wymagać będzie wytworzenia rzeczywistego modelu roboczego. Możliwe jest wykonanie ich frezując w maszynie CNC lub też wydrukowane w drukarce 3D. Porównując koszty i czas produkcji, druga metoda wygrywa bezdyskusyjnie. Następny proces, który korzysta z druku 3D to wytwarzanie konstrukcji metalowych do napalania ceramiki. Do tej pory większość tych prac była frezowana albo odlewana. Druk 3D otwiera drogę dla pracy w metalach szlachetnych. Włoska drukarka firmy SISMA pozwalająca na druk złotem daje nowe perspektywy rozwoju techniki dentystycznej. Prowadzone są prace, aby drukować w ceramice, na rynku są już urządzenia wykorzystujące tlenek aluminium, tlenek cyrkonu czy hydroksyapatyt. Mamy możliwość drukowania pojedynczych koron jak i struktur kostnych, brakuje jednak materiałów do wytwarzania wysoko transparentnych elementów pod duże konstrukcje protetyczne. W najbliższej przyszłości będzie możliwość druku pełnoceramicznych prac w technologii MultiJet firmy HP w różnych kolorach. Biodruk 3D to wielka szansa dla innowacyjnej medycyny – wymaga czasu i dużego nakładu pracy. Wyprodukowanie choćby małych fragmentów tkanek jest dużym sukcesem dla naukowców, a wydrukowanie w technice 3D narządu spełniającego fizjologiczne funkcje to ogromne osiągnięcie, lecz, które wymaga pokonania wielu problemów. Wyróżniemy dwie metody wytwarzania tkanek technikami druku 3D: drukując rusztowanie, stanowiące dla komórek konstrukcje do prawidłowego wzrostu. Na taką strukturę (biodegradowalną) po wydrukowaniu 3D zasiedla się komórkami, które dalej udują prawidłową tkankę, osadzając komórki zawieszone w hydrożelu do zbudowania zadanego kształtu – rozdzielczość wydruków zależna jest od gęstości i konsystencji biotuszu. Wykorzystanie pneumatycznego ekstrudera materiału redukuje ryzyko uszkadzania nanoszonych komórek zawieszonych w matrycy hydrożelowej. Aby komórki miały warunki do odpowiedniego wzrostu tkanka biodrukowana jest inkubowana w optymalnych warunkach. Największą zaletą w ten sposób budowanych tkanek jest znikome ryzyko odrzucenia wszczepu, który wydrukowany jest z tkanek organizmu. jest dość proste, większym problemem jest stworzenie komórkom odpowiednich warunków, aby zapewnić najwyższą przeżywalność, czyli zapewnienie stałej i odpowiedniej temperatury, sterylnego środowiska o znikomej ekspozycji na promieniowanie UV. Aby komórki w trójwymiarowej strukturze wzrastały prawidłowo należy również zagwarantować możliwość dyfuzji składników odżywczych i dostęp do tlenu. W ciele człowieka te funkcje spełnia sieć kapilarnych naczyń krwionośnych, dostarczające komórkom niezbędne składniki i odbierające zbędne produkty przemiany materii. Do tej pory maksymalna grubość wydrukowanej struktury, gwarantująca odpowiednią przeżywalność to 200 µm, dlatego też badacze poszukują innych lepszych komponentów. Najwięcej doniesień o biodruku 3D informuje o wytwarzania skóry, pełni jednak ona zazwyczaj jedną rolę z wielu funkcji owej tkanki. Oczywiście cały organ wydrukowany w 3D zrobiłby większe wrażenie niż pojedyncze tkanki. Biodruk 3D staje się technologią pomagającą przy testowaniu nowych leków dla konkretnych grup chorych jak również indywidualnych pacjentów. Obecnie leki są testowane na pojedynczych komórkach, natomiast możliwość testów specyfików na komórkach o odpowiedniej strukturze wskaże odpowiedź zbliżoną do odpowiedzi organizmu na lek. Biodruk z komórek pacjenta umożliwia nie tylko przetestowanie leku ale także daje możliwość uniknięcia badań na zwierzętach. Właściwie wykorzystana technologia biodruku 3D to ogromna szansa dla nowoczesnej medycyny, obojętnie czy dla transplantologii czy farmacji. Nie wolno jednak już teraz uważać jej za powszechnie wykorzystywaną w codziennej pracy szpitala. Biodrukowane 3D narządy tak samo obecnie funkcjonujące procedury, będą stanowić opcję dla organów do przeszczepu, których brak jest dużym problemem dla osób borykających się na przykład z niewydolnością nerek. Etyczny aspekt pełnego procesu może także budzić zastrzeżenia, w jakim stopniu badacze mogą ingerować w ludzkie ciało? Jak widać, możliwości druku 3D są nieograniczone. Możemy wykonywać najbardziej skomplikowane formy bez obaw, czy nasza maszyna sprosta zadaniu. Możemy wykonywać krótkie serie bez konieczności inwestowania w oprzyrządowanie. Jednak głównym przesłaniem jest potrzeba wytwarzania produktów indywidualnych i spersonalizowanych. ( publikacja: p. Katarzyna Ciemny)