医療を変革する3Dプリンティング：術前模型からバイオプリントまで

3Dプリンティングの世界は、医療分野に深く浸透していますが、多くの人々はまだその実態を知りません。2011年は、カイバ・ギオンフリッドさんの症例により、医療分野における3Dプリンティングの「元年」と言える年でした。生まれつき気管が脆弱で崩壊してしまう病気を抱えたカイバさんは、気管挿管下でも呼吸停止を繰り返し、心臓にも影響が及びました。しかし、生体力学工学の専門家である グリーン博士とホリスター博士 が、生体適合性デバイスを設計・3Dプリントし、カイバさんの気管に迅速かつ確実に接続。カイバさんは命を救われ、生活の質を取り戻しました。

この衝撃的な成功をきっかけに、医療現場は3Dプリンティングと本格的に向き合い始め、現在では医療分野の無数の進歩の基盤となっています。

以下、3Dプリンティングが特に存在感を示す医療分野を概観します。

術前計画・シミュレーション（プレオペラティブ）

手術手技は大きく進歩しましたが、患者固有の複雑な解剖的問題を抱える症例では、依然としてリスクが伴います。現在、多くの病院でCT/MRIスキャナが備わっており、人体のあらゆる部位（体表・臓器・血管・骨格）の形状データを取得し、短時間で実物大の3Dプリント模型を作れるようになりました。実物模型を手にすることで、執刀医は リスク部位の事前特定と手術手順の綿密なプログラミング が可能となり、高難度手術の成功率を大きく引き上げています。

メリットはここに留まりません。腫瘍を抱えた臓器模型などを作製すれば、疾患の病態理解と介入計画の検討 が、従来の動物実験標本や献体標本（実態との乖離が大きかった）に頼らず、患者固有の解剖に基づいて行えます。

画像1：3Dプリント心臓模型 出典：Cardiac Models

義肢・装具（プロステシス）

この分野では、抗菌フィラメントを用いたFDM（熱溶解積層）3Dプリンティング が、低コスト義肢の製造を革命的に変えました。多くの団体がこの種の義肢製作プロジェクトに取り組み、疾病や紛争で切断患者が多い地域へ提供しています。

画像2：低コスト義肢 出典：Autodesk

一方、金属3Dプリンティング（DMLS/SLM等） は、チタン等の従来医療材料を用いて、多孔質構造・高強度・複雑形状・幾何学的精度 を兼ね備えたインプラント製造を可能にしました。これらは、人工股関節 等の整形外科インプラントとして、外科的植込みに耐えうる品質で実用化されています。

歯科分野

歯科領域は、高精度・高表面品質が常に要求されます。そのため、大手光造形3Dプリンタメーカーは、歯科専用機種・専用レジンを開発・提供してきました。従来は汎用ツールで全患者対応し、簡単な処置でも時間がかかり、患者への侵襲リスクさえありました。3Dプリンティング登場により、Form 2等の歯科用プリンタと専用レジンを用いて、患者ごとに完全個別化されたガイド・ツールを極めて高精度で作製 できるようになりました。これらを用いて、スクリュー、インプラント、プレート等の歯科修復治療を、エラーなく実施できます。

画像3：歯科用3Dプリントツール 出典：Formlabs

組織・臓器のバイオプリント

この分野はまだ発展途上ですが、最先端の研究センターと病院では、驚くべき成果が人への適用段階に入りつつあります。例えば、ヒト軟骨由来の耳介 や、40日間機能し続けたバイオプリント肝臓微小組織 等です。将来性は最大ですが、現時点では最も実用化が遠い領域でもあります。

画像4：バイオプリント肝臓微小組織 出典：Xconomy

他にも、製薬分野 で3Dプリンティングが鍵を握ります。グラスゴー大学のリー・クローニン教授は、分子レベルで化合物を結合し、患者ごとに 最適な用量・組成のオーダーメイド医薬品 を製造する3Dプリンタを開発中です。これにより治療効果の最大化と副作用最小化が期待されます。

以上の医療分野における3Dプリンティングの進歩を振り返れば、「付加製造（アディティブ・マニュファクチャリング）は、医療の進化のための、過去・現在・未来をつなぐシャトルである」と断言できます。