医療を変革する3Dプリンティング：ヘルスケアへの影響

3Dプリンティング、より技術的には積層造形と呼ばれますが、一般的に思われているほど新しい技術ではありません。1980年代に遡りますが、近年では航空宇宙、自動車、建築、教育、ジュエリー、アートなど、Xometryの多くのお客様にとって人気の製造方法となっています。医療・ヘルスケア分野では、義肢、医療機器、さらには代替臓器の製造にまで驚くべき成果を上げています。Xometryではまだオンデマンドで臓器を3Dプリントしたことはありません（まだ？）が、医療・ヘルスケアのお客様と取り組んできた他の多くの応用があります。

この記事では、医療・ヘルスケア業界における3Dプリンティングについて知っておくべきすべてを解説します。

医療とヘルスケアとは

まず、「医療」と「ヘルスケア」の定義を簡単に確認しましょう。これらは、身体的・精神的な病気、疾患、怪我、その他の医療状態の予防、治療、緩和、治癒に関わるすべての実践と手順を指す包括的な用語です。

「医療」は、医師や医療従事者が扱う側面、つまり投薬、患者治療、手術、精神科サービスなどを指します。「ヘルスケア」はより広い概念で、医療に加え、薬剤師、セラピスト、医療機器の設計・製造者などの支援サービスも含みます。

3Dプリンティング技術が医療・ヘルスケアにどのように役立つか

ヘルスケアにおける従来の製造は、医療機器をゼロから作るために多くの手作業を必要とします。原材料から削り出し、彫刻、機械加工で不要部分を除去して最終製品を作ります。3Dプリンティングにより、このプロセスがより簡単になり、労力が大幅に減り、場合によってはより速く、安くなりました。

3Dプリンティングは材料の塊を削って製品を作るのではなく、フィラメント、レジン、融解粉末を使って層ごとに積み上げていきます。製品設計は通常CAD（コンピュータ支援設計）ソフトウェアで作成されますが、MRI（磁気共鳴画像）装置による3Dスキャンからモデルを作成することも可能です。ヘルスケア分野では、Xometryのような大規模3Dプリンティングメーカーと、ポイント・オブ・ケア（現場）プリント施設の両方が存在します。

医療における3Dプリンティングの略史

150年ほどの歴史ではありませんが、人間が3Dプリンティングの正しい道を歩み始めた最初の兆しは1860年代にありました。フランスの芸術家フランソワ・ヴィレムが「写真彫刻」法を発明したのです。これは、物体を多角度から撮影（当時は描画）し、それらの画像から3D表現を作る方法でした。

その約100年後、1985年にコロラド州出身のアメリカ人チャック・ホールが最初の立体イメージングプロセス、すなわちステレオリソグラフィーを発明しました。これが3Dプリンター誕生への第一歩となりました。ヘルスケア業界が3Dプリンティングを導入し始めたのは2000年で、翌年、人間の膀胱組織用の初の合成スキャフォールドが3Dプリントされました。2008年には初の3Dプリント義足が作られました。

以来、医療・ヘルスケアにおける3Dプリンティングには多くの進歩がありました。2009年に血管が3Dバイオプリント（生細胞と生体材料を統合するプロセス）され、2014年に3Dプリント人工肝臓組織が商業化されました。2019年には科学者が心臓と肺胞のバイオプリントを開始。翌年、英国のバイオテック企業FABRXが個別化医療製造機「M3DIMAKER™」を発表。それ以来、この分野はさらに進歩し、3Dプリンティングは医療・ヘルスケアで一般的になりました。

3Dプリンターが医療・ヘルスケアでできること

3Dプリンティングが医療・ヘルスケア業界で大規模に採用されている大きな理由は、すべてをカスタマイズし、患者固有のものにできるからです。これには、脊椎・整形外科用インプラント、義肢、ソケット、パーツ、歯科用クラウン、ブリッジ、その他の矯正装置、薬剤処方・投与デバイス（吸入器、パッチ、インプラント）、補聴器、実際の患者のデータに基づく詳細な解剖学的モデルなどが含まれます。

それだけではありません！患者固有の専門的な手術ツール、手順ガイド、さらには顔面再建にもよく使用されます。さらに、外科医の貴重なフィードバックを活用して、迅速かつ正確な設計変更が可能です。3Dプリントインプラントは、様々な3Dプリンティングプロセスと多様な材料で製造されます（詳細は後述）。それでは、これらの応用についてより深く見ていきましょう。

インプラント

患者向けのカスタマイズされたインプラント（歯科、脊椎、股関節など）を迅速かつ正確に設計・製造できることは、医療の世界を大きく改善しました。これらのパーソナライズドパーツは、手術時間の短縮、合併症の減少、標準サイズインプラントの手動調整の不要化、侵襲的な骨移植手術の削減を可能にします。これらすべてが患者のより早い回復と成功率の向上につながります。

義肢

3Dプリント義肢をパーソナライズできることは、間違いなくヘルスケアでこの技術が最も印象的に活用されている分野の一つであり、切断患者にとってゲームチェンジャーとなっています。腕や脚などのこれらのパーツは、患者の身体に完璧にフィットし、より快適で機能的です。従来の義肢とそのコンポーネントは非常に高価（1,500〜8,000ドル）で、大がかりで侵襲的な定期的な手動調整が必要です。それだけでなく、注文から完成までに長い時間がかかります。

3Dプリント義肢は多くの場合、よりコスト効率が良く、納期も非常に短い（場合によってはわずか1日）上、完全オーダーメイドのため調整の手間が大幅に減ります。これらの要素は、すぐに義肢が合わなくなる成長期の子供にとって特に有用です。また、子供も大人も、義肢の色、デザイン、スタイルを選べるため、不快なプロセスを少しでも耐えやすいものにできます。

解剖学的レプリカ

義肢に加え、教育、トレーニング、術前計画用の解剖学的レプリカも作成できます。これらのプリントは、患者の実際の画像データから設計され、実臓器を極めて精密に模倣するため、医師が本番前に手術をリハーサルできます。複雑な手術をシミュレーションすることで、医師と研修医がスキルと自信を向上させ、合併症を減らし、成功率を高められます。XometryではPolyJet 3Dプリンティング技術によるフルカラー造形を提供しており、リアルな質感と色彩を持つ実物さながらのレプリカを作成可能です。この技術についてはPolyJetサービスページをご覧ください。

臓器・組織のプリント

バイオプリント（Xometryでは提供していません）により、人体組織に似たスキャフォールドの作成が、3Dプリント臓器・組織製造への第一歩となりました。肝臓や腎臓などの3Dプリント臓器はまだ完全に主流ではありませんが、大きな進歩が続いています。研究者たちは常に新技術・新アプローチを開発し、早期実用化を目指しています。これらの機械製造臓器は、長い待機リストに載る必要がなくなるため、何百万もの命を救う可能性を秘めています。

その他の応用

より高い精度とカスタマイズのために、患者個々に合わせた医療機器・ツールがヘルスケアで3Dプリントされています。また、個別の薬剤投与量や処方にも使用され、副作用のリスクを低減します。例えば、米国FDA（食品医薬品局）は、3Dプリンティングで製造されたてんかん薬「Spritam」を承認しました。このプロセスにより、従来の錠剤より溶解しやすい薬剤が実現しました。