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3D-Druck und seine Chancen in der Medizin

Ein neuer Trend bahnt sich seinen Weg: Moderne Drucktechnologie erlaubt die Herstellung dreidimensionaler Objekte. Sogar Privatpersonen können dank dieser durch eine dreidimensionale Vorlage im Computer Modelle direkt in der eigenen Wohnung erzeugen. Doch so neu ist dieser revolutionär wirkende Entwicklungsschritt gar nicht. Vielmehr fand in den letzten Jahren kontinuierlich eine Evolution bereits vorhandener Technik statt. Interessant und zukunftsweisend ist vor allem der langfristige Nutzen in der praktischen Medizin.

3D-Drucker druckt Herz

3D-Druck – was bedeutet das?

Im Grunde arbeitet und denken 3D-Drucker räumlich. Sie erstellen keine Texte auf einem flachen Papier, sondern setzen viele aufeinander gelegte Schichten zu einem fertigen Modell zusammen. Der Prozess unter Verzicht von formgebenden Werkzeugen ist auch als additive Fertigung bekannt. Bereits in den 80er Jahren existierte ein Verfahren zur Anfertigung von 3D-Modellen mithilfe von flüssigem Expositharz auf einer beweglichen Hebebühne.

3D-Drcuker

Durch einen Lichtstrahl härtet der Drucker das flüssige Harz und lässt wie aus dem Nichts ein neues Objekt heranwachsen. Anfangs blieb diese Methode der Industrie vorbehalten. Längst gibt es weitere Verfahren sowie zugehörige Druckmaterialien aus Metall- oder Keramikpulver, aber auch günstigere Kunststoffe für den Privathaushalt. Der Gebrauch von Laser und Pulver erlaubt die Konstruktion von komplexen Strukturen und ist daher besonders in der industriellen Produktion anzutreffen.

Maßgeschneiderte Prothesen und Implantate

Die Idee von Prothesen, passenden Werkzeugen und ähnlichen Hilfsmitteln blickt auf eine lange Geschichte in der Medizin zurück. Doch häufig ließ deren Passgenauigkeit zu wünschen übrig. Immerhin stellt der Körper bei jedem Menschen ein absolutes Unikat dar. Genau an dieser Schwachstelle setzen 3D-Druckerzeugnisse an und entsprechen exakt den anatomischen Anforderungen eines Patienten. Biometrische Erzeugnisse wie Ohren bei Verletzungen oder Fehlbildungen verleihen Menschen wieder ein normales Erscheinungsbild. Auch bei Gelenkverschleiß gibt es neue Ansätze, die aus hybriden Komponenten bestehen. Synthetischen sowie körpereigenes Zellmaterial auf Implantaten garantieren eine bessere Verträglichkeit. Immer häufiger greifen junge Ärzte auf schnellen Zahnersatz aus der 3D-Druckerei zurück. Das verbreitete Verfahren anhand eines Gebissabdrucks eine Prothese oder einzelne Kronen herzustellen veranschlagt deutlich mehr Zeit.

3D-Druck eines Kiefers

Der dreidimensionale Scan eines Gebisses verläuft ebenso wie die Übermittlung zum Druckanbieter zügiger auf digitalem Weg. Noch am selben Tag ist die Produktion abgeschlossen. Ein weiteres Beispiel liefert der Hersteller von Hörgeräten und Prothesen EnvisionTEC. Auch hier liefern computergestützte Analysen des Gehörganges eine extrem präzise Vorlage für das Druckverfahren. Dadurch gelingt nicht nur die Herstellung einer sehr komfortabel sitzenden, künstlichen Ohres. Auch die Produktionskette wird verkürzt. Aufwand und Kosten lassen sich dadurch nachhaltig senken.

Medizinische Schulung: Übergang von Theorie zur Praxis

Menschen unterlaufen ohne ausreichend praktische Erfahrung zwangsläufig Fehler. Im medizinischen Bereich kann dies vor allem bei operativen Eingriffen dauerhafte Schäden oder gar tödliche Konsequenzen nach sich ziehen. Organische Imitate aus dem Drucker, die ihrem Vorbild unglaublich nahe kommen, dienen als Testobjekte zu Trainingszwecken. Damit schwindet zunehmend die Notwendigkeit von riskanten Ersteinsätzen an lebenden Patienten oder dem Studium von Leichnamen sowie Tierkadavern. Besonders aus ethischer Sicht stellt der 3D-Druck unter diesme Aspekt eine bessere Alternative dar. Derartige Simulationsbedingungen existierten auf einem so hohen Realitätsgrad bislang nicht. Die Verbesserung der Ausbildung junger Chirurgen stellt eine massive Verbesserung von Anfängerfehlern aufgrund mangelnder Erfahrung in Aussicht. Ähnliches gilt auch für benötigtes Werkzeug und diverse Hilfsmittel. Je genauer die Trainingseinheiten, Prothesen und Operationsbestecke ausfallen, desto höher liegen die Erfolgschancen.

Pillen und Organe aus dem Drucker?

Wie präzise die Technik bereits arbeitet, demonstriert der Biodruck. Ziel ist es, äußerst feine Strukturen auf zelluläre Ebenen nachzubauen. Letztendlich landet dieses künstlich hergestellte Gewebe dann im Körper eines bedürftigen Patienten. So wären langfristig die Reproduktion vollständiger Organe oder zumindest Teile davon denkbar. Allerdings stehen bis zu diesem Schritt noch zahlreiche Forschungsarbeiten an. Einigen Herstellern gelingt es bereits jetzt die Herstellung von Gewebestrukturen, wie sie bei Haut oder Knochen anzutreffen sind. Im Bereich der Chirurgie und auch Kosmetik bieten diese Proben zu Transplantationszwecken bereits einen praktischen Nutzen. Wie lange es noch dauert, bis tatsächlich ausgedruckte Organe funktionsfähig ihre Arbeit verrichten, ist allerdings momentan unbekannt. Am Horizont in deutlich greifbarerer Nähe befindet sich hingegen das gedruckte Medikament. Tatsächlich besitzen einige Hersteller schon heute die technische Grundlage hierfür. Attraktiv daran ist die schnelle Anpassung der Struktur und Dosis durch schnelle Änderungen einer 3D-Vorlage am Computer. So könnten Patienten individuell angemessene Konzentrationen abhängig von ihrem Alter und Körpergewicht erhalten. Gesetzliche Hürden und Sicherheitsauflagen verhindern bisher noch den Startschuss in ein neues Zeitalter der Medikamentenproduktion.

3D-Drucker Herz

Welche Nachteile gibt es?

Auch wenn 3D-Druck anhand des überwältigen Potenzials wie der neue, heilige Gral der Medizin anmutet, bleiben einige Fragen offen. Trotz aller Vorzüge existieren berechtigte Vorbehalte und gesetzliche Einschränkungen zum Schutz von Patienten. Der Markteintritt unterliegt bei Arzneimitteln einschlägigen Regularien. Vor allem die Verträglich- und Haltbarkeit von Wirkstoffen oder Materialien bei Implantaten stehen dabei im Visier. Die große Zurückhaltung fußt nicht alleine auf bereits bestehenden Regeln. Vor allem fehlen langfristige Erfahrungswerte bei den neueren Verfahren. Gedruckte Titangelenke besitzen zum Beispiel eine enorme Haltbarkeit. Allerdings verändert sich der menschliche Körper im Laufe der Zeit. Aus diesem Grunde erfolgt meist im zehnjährigen Zyklus ein Tausch selbst bei diesen sehr robusten Implantaten. Andere Werkstoffe könnten sich in Zukunft dagegen vollkommen biologisch abbauen. Eine nachfolgende Operation zur Entfernung von Schrauben oder anderen Fixierungen wäre damit überflüssig. Aktuell ist die Suche nach unbedenklichen Stoffe für dieses Vorhaben Gegenstand der Forschung. Bis zur großflächigen Zulassung verstreichen gewiss noch viele Jahre, bis alle Bedenken und Schwachstellen nachvollziehbar ausgeräumt sind. Die Marschrichtung der neuen Medizin gilt aber bereits branchenweit als sicher.

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