Статья исследует развитие 3D-печати в медицине. Анализируются ключевые технологии, их применение в протезировании, хирургическом планировании, фармакологии и регенеративной медицине. Особое внимание уделено конкретным примерам из клинической практики.

Ключевые слова: 3D-печать, медицинские устройства, инженерные технологии, здравоохранение.

Технология 3D-печати была впервые изобретена американским инженером Чарльзом Халлом в 1983 году. Халл разработал метод стереолитографии (SLA), который позволял создавать трёхмерные объекты послойным отверждением фотополимеров с помощью ультрафиолетового света. В медицине 3D-печать начала применяться с начала 2000-х годов. Одним из первых значимых достижений стало в 1999 году применение технологии в институте регенеративной медицины Уэйк Форест (США), где группа учёных и врачей создала и имплантировала пациенту мочевой пузырь, выращенный на основе клеток самого пациента с использованием компьютерной томографии и 3D-печати. По данным отчета Wohlers Report, сфера здравоохранения занимает 11,3 % мирового рынка аддитивного производства. Согласно исследованию компании Market Research Future (MRFR), совокупные темпы годового роста глобального рынка 3D-печати медицинских устройств в 2018–2023 годах оцениваются в 18 %. [1]

Одним из основных методов применения аддитивных технологий в медицине является стереолитография (SLA) — применяется для изготовления индивидуальных имплантатов, таких как костные пластины и суставные протезы. Используются термопластики в виде нитей или гранул, отверждаемые ультрафиолетом. Селективное лазерное спекание (SLS) ничем не уступает и позволяет печатать изделия из полиамидных и модифицированных порошков, что обеспечивает высокую прочность и точность. Моделирование методом послойного наплавления (FDM) также является широко применяется для создания медицинских изделий из термопластиковых нитей или гранул, отличается доступностью и простотой технологии. С недавнего времени активно внедряется совершенно новая технология — 3D-биопечать. В процессе данного метода используются «биочернила», содержащие живые клетки и структурирующие материалы, что позволяет создавать ткани и даже органы непосредственно на основе биологических материалов. Эта методика активно развивается для регенеративной медицины и персонализированной терапии. [6], [9]

Технологии трёхмерной печати, основанные на аддитивном принципе производства, позволяют создавать изделия с беспрецедентной степенью точности и детализации. Их востребованность в медицине повышает эффективность лечения и диагностики. В медицинской практике 3D-печать может найти применение во многих направлениях. Для создания более точного представления о данном методе был проведен обзор существующих примеров внедрения аддитивных технологий в ключевые направления современной медицины.

Создание индивидуальных протезов для конечностей, зубов и других частей тела. Индивидуальные протезы могут значительно улучшить качество жизни пациентов, обеспечивая лучшее соответствие анатомическим особенностям. Standard Cyborg история этой компании началась с того, что инженер и предприниматель купил 3D-оборудование стоимостью $1 тыс. для изготовления готовых тестовых моделей. Инженер отсканировал дорогой протез с защитой от воды и напечатал его с помощью трехмерного оборудования. Напечатанный протез оснащается уникальным защитным слоем из углеродного волокна. Этот протез не такой гибкий, но зато его можно купить за $800. Также специальная программа по печати протезов рук была разработана для жителей Сьерра-Леоне, пострадавших в результате гражданской войны. Канадский дизайнер Альберт Фунг создал CAD-модель протеза, которая используется как основа врачами в Африке. Специалисты в Сьерра-Леоне персонализируют трехмерную модель для каждого пациента и печатают устройство на Raise3D Pro2. Производство такого протеза обходится в $50, в то время как протезы, изготовленные по другим методам, могут стоить несколько тысяч долларов США. [2], [7]

Создание высокоточных моделей анатомических структур для детального изучения патологий и планирования операций является важным фактором для хирургии. Швейцарские ученые разработали прототип сердца, имитирующий его анатомию и функциональность, с воздушным насосом для моделирования гемодинамики. В 2016 году у ребенка из Северной Ирландии была диагностирована деформация костей предплечья. 3D-модель помогла хирургу уточнить диагноз и разработать персонализированный план операции. После четырехчасовой операции подвижность руки и болевой синдром значительно улучшились. Этот пример показывает эффективность 3D-технологий в подготовке к сложным операциям.

3D-биопечать — перспективное направление медицины, позволяющее создавать живые ткани и органы из биологических чернил на основе стволовых клеток, коллагена и других материалов. В отличие от донорских тканей, биопечать обеспечивает высокую биосовместимость и возможность полного восстановления органов. Современные 3D-принтеры печатают различными типами клеток, включая органоспецифические, мышечные и сосудистые. В 2018 году учёные из Ньюкаслского университета создали роговицу глаза, а в 2023 году — человеческие мышцы и кожные трансплантаты. Институт Терасаки разработал методику печати трёхмерных моделей носа с использованием фотоснимков лица пациента. В 2021 году в Лондоне имплантировали 3D-печатный глазной протез, а в 2022 году компания 3DBio Therapeutics осуществила первую пересадку уха, напечатанного из клеток пациентки. Процесс печати при этом занял около десяти минут. [4]

В сфере фармацевтических исследований также нашли применение 3D-технологии. Благодаря им учёные могут более точно и эффективно оценивать фармакогенетический профиль пациентов, а также рассчитывать состав и дозировку лекарственных форм с учётом их пола, возраста и массы тела. Аддитивная печать позволяет создавать персонализированные многослойные капсулы и таблетки по инновационным рецептурам, включающим несколько активных компонентов. Например, в 2015 году на принтере были напечатаны первые таблетки Spritam — это был первый лекарственный препарат, созданный с помощью 3D-печати. Спустя несколько лет британская компания FabRx объявила о производстве фармацевтических препаратов с использованием трёхмерных технологий. [5]

Трёхмерная печать в медицине открывает новые перспективы для сложных ортопедических операций. Например, она используется для имплантации винтов в шейные и верхние грудные позвонки при лечении сколиоза или хронических переломов. В 2014 году в Суонси провели реконструкцию лица мотоциклиста после аварии. Стивен Пауэр стал первым в мире пациентом, на каждом этапе лечения которого применялась технологии 3D-печати.

Детская больница Рэди (Rady Children's Hospital) создала лабораторию для печати трёхмерных моделей. В 2019 году туда поступил 7-летний ребёнок с пороком сердца. Медики создали модель сердца с венами, артериями и клапанами, что помогло определить тактику лечения. В 2016 году в Пекине пациенту с опухолью, разрушившей пять позвонков, имплантировали искусственные костные участки, напечатанные с помощью EBM. Импланты повысили стабильность позвоночника, уменьшили боль и ускорили реабилитацию.

В стоматологии 3D-печать стала ключевой технологией для создания высокоточных и индивидуализированных конструкций, таких как мостовидные протезы, ортодонтические аппараты, коронки и элайнеры. Это сокращает сроки лечения и улучшает качество медицинских услуг. Элайнеры для коррекции прикуса изготавливаются на основе цифровых моделей зубов, что обеспечивает их высокую эффективность. В челюстно-лицевой хирургии 3D-печать применяется для создания сложных титановых и биосовместимых имплантатов, особенно важных для конструкций с высокой точностью. Томский политехнический университет и Томский национальный исследовательский медицинский центр разработали технологию производства имплантатов из отечественных материалов, успешно протестированную на первых пациентах. 3D-печать также используется для создания хирургических шаблонов, минимизирующих риск осложнений и повышающих качество операций. [3]

Производство кастомизированных медицинских инструментов и устройств, таких как специальные держатели, направляющие для сверл и других хирургических инструментов, которые могут быть изготовлены под конкретные хирургические задачи. Биполярный лапароскопический хирургический инструмент Volt от компании Bite. Вольт — биполярный лапароскопический зажим, созданный с использованием 3D-печати, — это компактное устройство, предназначенное для зажатия и коагуляции (прижигания) сосудов и тканей, например, для остановки кровотечений во время операции. Его разработали для применения в минимально инвазивной (щадящей) хирургии в 2016 году и успешно протестировали на свиной печени. [8]

Уже сейчас технология спасает жизни — от детей с врождёнными патологиями до пациентов с травмами и онкологией. 3D-печать в медицине — это не просто технология, а новая философия лечения, где каждый пациент получает уникальное, доступное и эффективное решение. Будущее, в котором «напечатанные» органы и протезы — норма, уже наступает.

Литература:

1. 3D-реконструкция, 3D-моделирование и 3D-печать как форма внеаудиторной самостоятельной учебно-исследовательской работы студентов / Овчаренко, В. В, Пикалюк [и др.]. — Текст: непосредственный // Киберленинка. — С. 240–245.

2. 3D-технологии в медицине: от прототипирования до создания протезов. — Текст: электронный // 3ДКаст: [сайт]. — URL: https://3dcast.ru/3d-tehnologii-v-medicine-ot-prototipiro/ (дата обращения: 20.06.2025).

3. 3D-печать в медицине. — Текст: электронный // 3Д Лаб здоровье в фокусе технологий: [сайт]. — URL: https://3dlab.clinic/technology/3d-printing-in-medicine (дата обращения: 20.06.2025).

4. 3D-печать органов: как биопринтер может спасти жизнь. — Текст: электронный // Хабр: [сайт]. — URL: https://top3dshop.ru/blog/3d-printers-in-medicine.html (дата обращения: 20.06.2025).

5. 3D-печать в медицине: применение 3D-принтеров для создание искусственных органов и донорских тканей [Электронный ресурс]. — Хабр. — Санкт — Петербург. — Режим доступа: https://habr.com/ru/companies/top3dshop/articles/825012/. — 02.07.2024.. — Текст: электронный // Хабр: [сайт]. — URL: https://habr.com/ru/companies/top3dshop/articles/825012/ (дата обращения: 20.06.2025).

6. Аддитивные технологии в медицине: как снизить риски для здоровья пациентов. — Текст: электронный // Блог 3D-экспертов: [сайт]. — URL: https://blog.iqb.ru/3d-printing-medicine/ (дата обращения: 20.06.2025).

7. Как 3D-печать меняет протезирование конечностей. — Текст: электронный // Хабр: [сайт]. — URL: https://habr.com/ru/companies/robohunter/articles/387309 / (дата обращения: 20.06.2025).

8. Карякин, Н. Н. 3D-печать в медицине / Н. Н. Карякин, Р. О. Горбатов. — 1-е. — Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2019. — 240 c. — Текст: непосредственный.

9. Обзор применения 3D-принтеров в медицине. — Текст: электронный // Топ 3D магазин: [сайт]. — URL: https://top3dshop.ru/blog/3d-printers-in-medicine.html (дата обращения: 20.06.2025).