発明からイノベーションへ：医療分野における3Dプリントの進化

3Dプリントは、チャールズ・W・「チャック」・ハルによって開拓されました。彼はコンピュータ支援設計ソフトウェアを用いて三次元オブジェクトを作成するアイデアを持っていました。ハルは、UVレーザーでアクリル層を形状に彫刻し、それらを積層してオブジェクトを構築する機械を作りました。彼は1984年に「ステレオリソグラフィーによる三次元オブジェクト生成装置」を特許取得し、3Dプリントの誕生を告げました。

以降30年間で、3Dプリントはヘルスケアを含む様々な業界で応用されてきました。3Dプリントがより高度かつ経済的にアクセス可能になるにつれ、医療用途はさらに拡大しています。3Dプリントは、3Dプリント血管組織、義肢、骨、さらには手術ガイド、ペースメーカーなど多数の医療機器など、医療分野で最も印象的な最近の進歩のいくつかを実現したと言えます。

3Dプリントがヘルスケアをどう変革してきたか

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一つです。1990年代後半から2000年代初頭には、歯科インプラントとカスタム義肢の製造に3Dプリントが利用されており、ハル自身も3Dプリントが医療にこれほど影響を与えるとは予想していなかったと認めています。以来、医療用途は著しく進化し、特に過去半世紀で顕著です。

3Dプリントは俊敏性が高く、迅速なイテレーションと変更を可能にするため、高度なカスタマイズと少量生産の両方を要求する義肢や歯科インプラントのような製品に独自に適しています。例えば、シカゴ拠点のCoaptは、上肢義肢用の筋電パターン認識システムを製造しており、アディティブ製造技術を用いて患者ごとの生物学に合わせて完全にカスタマイズされた応答性の高い義肢腕を構築しています。

3Dプリントは、特に整形外科分野で医療の他の領域も変革する可能性を秘めています。3Dプリントにより、整形外科医は患者の生物学を完璧に模倣する構造を作成でき、将来的には「ワンサイズフィッツオール」の人工骨インプラントに伴う不快感と劣化を解消できるかもしれません。3Dプリント骨はまだ日常的な臨床使用には至っていませんが、いくつかの話題を呼んだインプラントの成功が、この技術の進歩と可能性を示しています。

これからの展望：3Dプリント生体材料

3Dプリント生体デバイス（義肢や骨など）が試験・実証・実用化されてきた一方で、医療3Dプリントの次なるフロンティアである有機模倣デバイスは依然として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チームは、コラーゲンと合成ポリマーを用いた「スキャフォールディング（足場法）」と呼ばれる構築法で、手作業で代替膀胱を作成することに成功しました。患者由来の細胞で足場を層状に重ね、機能する臓器へ成長させました。臓器移植から7年後、すべての試験患者が健康を維持していました。

しかし、この方法での臓器構築は信じられないほど高コストかつ時間集約的です。より時間効率が良く、容易に複製可能な合成臓器製造手段を求め、研究フェローのアンソニー・アタラ博士は2004年にウェイクフォレスト再生医療研究所（WFIRM）を設立しました。間もなくWFIRM研究者たちは合成ヒト臓器の3Dプリント実験を開始し、最終的に臨床試験用に臓器と組織を一貫してプリントできる機械を開発しました。

しかし、合成骨の相対的成功にもかかわらず、3Dプリント臓器は臨床使用には程遠い状態です。実験的合成臓器と臨床的に実用的なもののギャップは細胞レベルにある可能性があり、それゆえ研究者たちは生きた細胞への3Dプリント応用、ヒト組織の複製を試みています。2019年、ブラジルの研究チームは、タンパク質合成、ビタミン貯蔵、胆汁分泌などヒト肝臓のすべての機能を果たす「オルガノイド」をバイオプリントすることに成功しました。

これらの微小肝臓はまだ移植には至っていませんが、多くの専門家は、ヒト組織を3Dプリントで成功裏に複製できれば、完全機能するヒト臓器の創造への道が開かれ、医療は永遠に変わると信じています。

医療3Dプリントの未来

3Dプリントがヘルスケアを変革する潜在力を過大評価することは困難です。アディティブ製造技術がよりアクセスしやすく、より安価になるにつれ、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りつつあり、3Dプリントサービスが今後10年以上にわたり医療革命で重要な役割を果たすことはますます明確になっています。

オンデマンド製造に最適化された3Dプリントは、医療研究者たちがニッチ用途向けの少量部品を作成し、COVID-19パンデミックの際のように新たなニーズが生じたときに迅速に方向転換することを可能にします。

しかし、3Dプリント技術を活用する（適切な材料、最も効果的なプロセス、最良のワークフローを選択する）ことは困難な場合があります。Fast Radiusの専門家とパートナーシップを組めば、設計、試作、生産、納品のあらゆるフェーズで協力し、すべての設計が製造向けに最適化され、材料と製造方法の選択があなたの固有要件と一致することを安心して任せられます。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。