医療に革命を起こす:3D プリンティングが医療に与える影響

3D プリンティングは、技術的には積層造形として知られていますが、人々が考えているほど新しいものではありません。その起源は 1980 年代に遡りますが、近年では、航空宇宙、自動車、建築、教育、宝飾品、芸術などの多くの Xometry 顧客にとって人気の製造方法となっています。医学やヘルスケアの分野では、補綴物、医療機器、さらには代替臓器の製造にも見事に使用されています。 Xometry は臓器をオンデマンドで 3D プリントしたことはありません (まだ?) が、この分野には医療およびヘルスケアの顧客と協力して取り組んできたアプリケーションが他にもたくさんあります。

この記事では、医療およびヘルスケア業界における 3D プリントについて知っておくべきことをすべて説明します。

医療とヘルスケアとは何ですか?

まず、医療とヘルスケアが何を意味するのかを簡単に説明します。これらは、身体的および精神的な病気、病気、怪我、その他の病状の予防、治療、軽減、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、実際の薬の処方、患者の治療、手術の実施、精神科サービスなど、医師や医療専門家が対処しなければならない側面を表すために使用されます。 「ヘルスケア」とは、医療だけでなく、薬剤師、セラピスト、さらには医療機器の設計や製造を行う人などのサポート サービスも含む広い用語です。

3D プリント技術は医療とヘルスケアにどのように役立つのですか?

医療における従来の製造では、医療機器をゼロから作成するために多くの手作業が必要です。このプロセスでは、最終製品が作成されるまで、原材料を取得し、研削、彫刻、機械加工によってセクションを削除します。 3D プリントによりプロセスが簡単になり、労力が大幅に軽減され、場合によってはより迅速かつ安価になりました。 

3D プリンティングでは、製品を作るために材料のスラブを成形するのではなく、フィラメント、樹脂、または溶融粉末を使用して層ごとに製品を構築します。製品の設計は通常、コンピュータ支援設計 (CAD) ソフトウェアを使用して作成されますが、デジタル共鳴画像法 (MRI) 装置によって実行される 3D スキャンからモデルを作成することもできます。ヘルスケアの分野では、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 プリンティング施設の両方を見つけることができます。

ヘルスケアにおける 3D プリンティングの歴史

まだ 150 年前ではありませんが、3D プリントに関して人類が正しい軌道に乗っていることを示す最初の兆候は、フランスの芸術家フランソワ ウィレムが「写真彫刻」法を発明した 1860 年代でした。これには、さまざまな角度から物体の写真 (当時は図面だったでしょう) を撮り、それらの画像を使用して 3D 表現を作成することが含まれていました。 

百数十年後の 1985 年に、コロラド州出身のアメリカ人チャック ホールが、ステレオリソグラフィーとしても知られる最初の固体イメージング プロセスを発明しました。これが 3D プリンター作成への第一歩でした。ヘルスケア業界は 2000 年に 3D プリンティングの使用を開始し、その 1 年後には人間の膀胱組織用の最初の合成足場が 3D プリントされました。 2008 年に、史上初の 3D プリント義足が作成されました。

それ以来、医療とヘルスケアにおける 3D プリンティングに関連して多くの進歩が見られました。血管は 2009 年に 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 年には 3D プリントされたヒト肝臓組織が商業的に発売されました。科学者たちは 2019 年に心臓と肺嚢のバイオプリントを開始しました。1 年後、英国のバイオテクノロジー企業 FABRX は、M3DIMAKERTM と呼ばれる個別化医薬品製造マシンを発表しました。それ以来、この分野はさらに進歩し、3D プリントは医療やヘルスケアの分野で一般的になりました。

医療やヘルスケアで 3D プリンターができることは何ですか?

3D プリンティングは医療およびヘルスケア業界で大規模に採用されていますが、その主な理由は、すべてを患者ごとにカスタマイズできるという事実です。これらには、脊椎および整形外科用インプラント、義肢、ソケットと部品、歯冠、ブリッジ、その他の矯正装置、製剤、送達装置 (吸入器、パッチ、インプラントなど)、補聴器、実際の患者とその個人的なニーズに基づいた詳細な解剖学的モデルが含まれます。

しかしそれだけではありません！これは、特殊な患者固有の手術ツール、手順ガイド、さらには顔の再構築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利用して、迅速かつ正確な設計調整を行うことができます。 3D プリントされたインプラントは、さまざまな材料でさまざまな 3D プリント プロセスを経て作成されます。どちらについても後で説明します。ここでは、これらのアプリケーションのいくつかをさらに詳しく見てみましょう。 

インプラント

歯科インプラント、脊椎インプラント、股関節インプラントなど、患者向けにカスタマイズされたインプラントを迅速かつ正確に設計、製造できるようになったことで、医療の世界は大きく改善されました。これらのパーソナライズされた部品は、手術時間、合併症、標準サイズのインプラントを手動で変更する必要性、医師が実施しなければならない侵襲的な骨移植手術の回数を削減する機能を備えています。これらすべての要素が、患者の回復を早め、成功の可能性を高めることにつながります。

義肢

3D プリントされた義肢をパーソナライズできる機能は、間違いなく、この方法が医療現場で使用されている最も印象的な方法の 1 つであり、切断患者にとって完全な変革となることが証明されています。腕や脚を含むこれらのパーツは患者の体に完全に適合し、快適性と機能性が向上します。従来の補綴物とそのコンポーネントは高価であることで有名であり（1,500 ドルから 8,000 ドル）、大規模かつかなり侵襲的な定期的な手動調整が必要です。言うまでもなく、注文してから作るまでに長い時間がかかります。

多くの場合、3D プリントされた補綴物はよりコスト効率が高くなります。また、納期も短く (場合によっては 1 日程度)、完全にオーダーメイドであるため、調整の必要性もはるかに少なくなります。これらの要素は、すぐに成長して義足がつかなくなってしまう子供にとって特に役立ちます。 3D プリントは、義肢のさまざまな色、デザイン、スタイルを選択できるため、子供も大人も同様に、あまり快適ではないプロセスを少しでも耐えられるものにするのに役立ちます。

解剖学的レプリカ

プロテーゼに加えて、教育、トレーニング、手術前計画に使用するため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、正確ではないにしても、実際の臓器を非常によく模倣しており、医師が大きなイベントの前に手術のリハーサルを行えるように、患者の実際の画像データから設計されています。複雑な手術をシミュレーションできるため、医師や研修医は合併症を減らし、成功の可能性を高めるためのスキルと自信を向上させることができます。 Xometry では、PolyJet 3D 印刷テクノロジーによるフルカラー印刷を提供しており、これにより、リアルな質感と色を備えた本物のようなレプリカを作成できます。このテクノロジーの詳細については、PolyJet サービス ページでご覧いただけます。

臓器および組織の印刷

Xometry が提供するサービスではないバイオプリンティングは、3D プリントによる臓器や組織の製造の第一歩として、人間の組織に似た足場を作成するために使用されています。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、多くの進歩が見られます。研究者は、これらをできるだけ早く世に出すために、常に新しいテクノロジーとアプローチに取り組んでいます。これらの機械製臓器は、病気の人々が長い待機リストに載せられたり、ただ最善を祈るだけで済むようになるため、何百万もの命を救う可能性を秘めています。

その他のアプリケーション

精度とカスタマイズ性を高めるために、各患者に合わせて特別に調整された医療機器やツールをヘルスケア内で 3D プリントすることができます (そして現在行われています)。この方法は、カスタムの薬の投与量や処方にも使用されています。これにより、不快な副作用の可能性が軽減されます。一例として、米国食品医薬品局 (FDA) は、3D プリンティングで製造されたてんかん治療薬 Spritam を承認しました。このプロセスによりこの薬は改良され、他の錠剤よりも溶けやすくなりました。