医療における 3D プリントの歴史

3D プリントは、コンピュータ支援設計ソフトウェアを使用して 3D オブジェクトを作成するというアイデアを持っていた Charles W. “Chuck” Hull によって開拓されました。ハルは、UV レーザーを使用してアクリルの層を形状に彫刻してから、層を積み重ねてオブジェクトを構築する機械を構築しました。彼は 1984 年に「ステレオリソグラフィによる 3 次元オブジェクトの製造装置」の特許を取得し、3D 印刷の誕生をマークしました。

それから 30 年間で、3D プリントはヘルスケアを含むさまざまな業界で応用されています。 3D プリンティングがより高度になり、経済的に利用できるようになるにつれて、その医療用途は拡大し続けています。 3D プリントは、3D プリントされた血管組織、人工装具、骨、および外科用ガイド、ペースメーカーなどの多数の医療機器を含む、医学の最も印象的な最近の進歩の一部であるとさえ考えられています。

3D プリントがヘルスケアの変革にどのように役立ったか

ヘルスケア業界は、3D プリント技術を最も早く採用した業界の 1 つです。 1990 年代後半から 2000 年代前半には、3D プリンティングが歯科インプラントやカスタム補綴物の製造に利用されていました。3D プリンティングが医療に与える影響をまったく予想していなかったことを認めた Charles Hull でさえ驚きました。それ以来、この技術の医療への応用は、特に過去 5 年間で大幅に進化しました。

3D プリンティングは機敏で、迅速な反復と変更が可能なため、高度なカスタマイズと少量生産の両方が要求される補綴物や歯科インプラントなどの製品に特に適しています。たとえば、シカゴに本拠を置く、上肢義肢用の筋電パターン認識システムを製造する Coapt は、積層造形技術を使用して、各患者の生物学に合わせてカスタマイズされた、完全に応答性の高い義手を構築しています。

3D プリンティングは、他の医療分野、特に整形外科を変革する可能性を秘めています。整形外科医は 3D プリントを使用して、患者の生物学を完全に模倣した構造を作成することができます。これは、「フリーサイズ」の人工骨インプラントに関連する不快感や劣化を解消するのに役立つ可能性があります。 3D プリントされた骨は定期的に臨床で使用されているわけではありませんが、見出しを飾ったいくつかのインプラントの成功は、この技術の進歩と有望性を実証しています。

目指すところ:3D プリントによる生体材料

人工装具や骨などの 3D プリント バイオ デバイスが試され、テストされ、実用化されてきましたが、医療用 3D プリントの次のフロンティアである有機模倣デバイスはまだ地平線上にあります。 2000 年代初頭、ボストン小児病院の研究者チームは、「足場」と呼ばれる工法を使用して、コラーゲンと合成ポリマーの交換用膀胱を手作業で構築することに成功しました。彼らは、試験の患者からの細胞で足場を重ね、機能する器官に成長させました。臓器移植から 7 年後、治験に参加した患者は全員健康でした。

残念ながら、この方法で臓器を構築するには、信じられないほどの費用がかかるだけでなく、非常に時間がかかります。時間がかからず、より簡単に複製可能な合成臓器の製造方法を求めて、Anthony Atala 博士という研究員が 2004 年に Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM) を設立しました。最終的には、臨床試験で使用する臓器や組織を一貫して印刷できる機械を開発します。

しかし、合成骨は比較的成功しているにもかかわらず、3D プリントされた臓器はまだ臨床使用の準備が整っていません。実験的な合成臓器と臨床的に実行可能な臓器との間のギャップは、細胞レベルにある可能性があります。そのため、研究者は 3D プリンティングを生きた細胞に適用して、人間の組織を複製しようとしています。 2019 年、ブラジルの研究者チームは、タンパク質の構築、ビタミンの貯蔵、胆汁の分泌など、ヒトの肝臓のすべての機能を実行する「オルガノイド」のバイオプリントに成功しました。

これらの小型の肝臓はまだ移植の準備ができていませんが、多くの専門家は、3D プリントによって人間の組織を正常に複製できるようになれば、完全に機能する人間の臓器を作成する道が開かれ、医療は永遠に変わると考えています。

医療用 3D プリントの未来

3D プリンティングがヘルスケアを変革する可能性を誇張することは困難です。アディティブ マニュファクチャリング技術がより利用しやすく手頃な価格になるにつれて、有意義な医療イノベーションがこれまで以上に達成可能になっているように思われます。また、3D プリント サービスが今後 10 年以降の医療に革命を起こす上で重要な役割を果たすことがますます明らかになっています。

オンデマンド製造の準備が整った 3D プリントにより、医学研究者はニッチな用途向けの少量の部品を作成でき、COVID-19 パンデミックの場合のように、新しいニーズが発生したときに迅速に方向転換することができます。

ただし、適切な材料、最も効果的なプロセス、最適なワークフローを選択する 3D プリント技術を利用することは、困難な場合があります。 Fast Radius の専門家と提携することで、設計、プロトタイピング、生産、フルフィルメント プロセスのすべての段階でお客様と協力できるので安心できます。すべての設計が製造用に最適化され、材料の選択と製造方法が特定の要件に適合するようにします。始める準備はできましたか？今すぐお問い合わせください。