3D-printen is klaar om plastic lichaamsimplantaten aan te pakken

Nadat een 40-jarige vrouw in Zweden eind vorig jaar door een ongeval ernstig hoofdletsel had opgelopen, ontving ze een 3D-geprint implantaat gemaakt van een plastic genaamd PEEK om haar schedel te repareren.

Het was de eerste keer dat een ziekenhuis een dergelijk implantaat ter plaatse had ontworpen en 3D-geprint, en het zou een keerpunt kunnen zijn voor 3D-printen in de medische zorg.

"Voor zover we weten, zijn we 's werelds eerste die 3D-implantaten volledig in een ziekenhuis maakt, wat betekent dat de implantaten vanaf het begin beter zijn aangepast aan de patiënten", zegt Einar Heiberg Brandt, medisch ingenieur in Klinische Fysiologie in het Skåne Universitair Ziekenhuis, Zweden. "Dit zal leiden tot snellere operaties en minder complicaties."

3D-printen in het ziekenhuis staat nog in de kinderschoenen, maar belooft veel goeds, zo zijn experts uit de sector het erover eens. Hoewel 3D-printen al meer dan tien jaar in de gezondheidszorg wordt gebruikt om implantaten van titanium en roestvrij staal te vervaardigen, vergroot PEEK-plastic de mogelijkheden voor de technologie om van de werkvloer van fabrikanten van medische hulpmiddelen naar laboratoria in ziekenhuizen en klinieken over de hele wereld te gaan.

In feite vertegenwoordigen medische voorzieningen een enorme nieuwe markt voor 3D-printen. Het gezondheidssegment van de 3D-printindustrie, dat tandheelkundige en 3D-geprinte geneesmiddelen omvat, wordt momenteel gewaardeerd op bijna $ 3 miljard.

3D printen in ziekenhuizen

Instellingen, zoals de Mayo Clinic in Minn. en VA-ziekenhuizen in het hele land, hebben uitgebreide 3D-printlabs. Het werk daar is veelal patiëntspecifiek 3D-geprint medische modellen, chirurgische trainingshulpmiddelen en orthopedische beugels. In de niet al te verre toekomst kunnen deze ziekenhuizen echter patiëntspecifieke implantaten in PEEK 3D-printen voor alle soorten operaties.

Het gebruik van een 3D-printer en PEEK-filament biedt ziekenhuizen een lange lijst voordelen, terwijl er nog steeds aanzienlijke hindernissen zijn. De methode kan, in vergelijking met traditionele manieren waarop medische hulpmiddelen worden gemaakt, namelijk machinale bewerking en spuitgieten, ter plaatse op het punt van zorg worden uitgevoerd. Dit betekent snellere implantaten, lagere kosten en een betere coördinatie tussen de chirurg en de technici die het implantaat produceren.

Door gebruik te maken van de patiëntgegevens van scans en röntgenfoto's, kunnen ziekenhuizen een op maat gemaakt implantaat 3D-printen dat precies in de defecte ruimte past.

Studies tonen aan dat patiëntspecifieke implantaten de operatietijd verkorten, het risico op infectie verlagen, betere resultaten opleveren en de duur van een ziekenhuisverblijf drastisch verminderen. Het 3D-printen van de implantaten naar behoefte verlost het ziekenhuis ook van de noodzaak om een ​​inventaris van dure implantaten bij de hand te houden.

Hoewel er vanaf vandaag geen 3D-geprinte PEEK-implantaten zijn vervaardigd in door de FDA goedgekeurde ziekenhuizen, kan dat binnenkort veranderen.

Een Duitse start-up gespecialiseerd in 3D-geprinte PEEK-schedelimplantaten, Kumovis, zegt dat het de laatste hindernissen in het goedkeuringsproces van de FDA heeft genomen.

"Er is veel opwinding over 3D-printen op locatie in ziekenhuizen en de projecten die de productie op het punt van zorg stimuleren en laten zien wat mogelijk is", zegt Miriam Haerst, mede-oprichter en mede-CEO van Kumovis.

Zuid-Carolina gebaseerd 3D-systemen, een van de oudste en grootste 3D-printerfabrikanten ter wereld, heeft onlangs zijn plannen aangekondigd om Kumovis over te nemen om uit te breiden van metalen implantaten naar PEEK-implantaten op het zorgpunt.

"Naarmate de technologie voor [3D-printen] gebruiksvriendelijker wordt voor medische professionals, zullen meer ziekenhuizen end-to-end-oplossingen voor gepersonaliseerde chirurgie kunnen implementeren", zegt Gautam Gupta, vice-president en algemeen directeur van de praktijk voor medische apparaten van 3D Systems. "Dit zal bestaande zorgmodellen verstoren, de kwaliteit van zorg verbeteren en, cruciaal, meer levens redden."

De overname van Kumovis past mooi in de gevestigde gezondheidszorgactiviteiten van 3D Systems en voegt een nieuwe focus toe op de decentralisatie van de productie van medische implantaten.

"Het verschuiven van de productie naar de ziekenhuizen zal een game-changer zijn als het gaat om de beschikbaarheid van implantaten", zegt Haerst.

Ziekenhuizen om fabrikanten te worden, hebben echter technisch en technisch personeel, regelgevende processen en apparatuur nodig. Dit zou ter plaatse kunnen worden beheerd in een samenwerkingsovereenkomst door de huidige fabrikanten van medische hulpmiddelen, zegt Haerst.

PEEK-kunststof versus titanium voor implantaten

PEEK heeft al jaren FDA-goedkeuring als implantaatmateriaal wanneer het wordt bewerkt, maar nog niet wanneer het wordt 3D-geprint. Hoewel PEEK wordt gebruikt in tal van implantaten die tegenwoordig op de markt zijn, van ruggengraatkooien tot enkelgewrichten, moet 3D-geprinte PEEK nog steeds bewijzen dat het dezelfde gewichtsbelasting en slijtagekenmerken heeft als gefreesde of gegoten PEEK.

Over het algemeen heeft dit biocompatibele materiaal verschillende waargenomen voordelen ten opzichte van roestvrij staal en titanium: het is lichtgewicht, doorlaatbaar voor ultrageluid en praktisch onzichtbaar voor CT- en MRI-scans, waardoor een betere postoperatieve monitoring mogelijk is.

In de loop der jaren heeft 3D-geprint titanium een ​​reputatie opgebouwd voor betere botintegratie en duizenden gewrichts- en wervelkolomimplantaten worden elk jaar 3D-geprint door grote fabrikanten, zoals Stryker. Maar PEEK is veranderd, zegt Marc Knebel, hoofd medische systemen bij Evonik, dat PEEK produceert voor zowel 3D-printen als spuitgieten en frezen.

"Tegenwoordig kan PEEK worden ontworpen met additieven om nieuwe functies te krijgen, zoals een betere osteo-integratie", zegt Knebel. “We werken al met een aantal ziekenhuizen aan [3D-geprinte implantaten]. De eersten zullen binnen vijf jaar actief zijn.”

Een 3D-printlab naast de operatiekamer klaar om in een oogwenk geïndividualiseerde implantaten te produceren die zijn ontworpen op basis van patiëntgegevens, is nog ver weg. Er zijn nog steeds obstakels op het gebied van regelgeving, klinische onderzoeken zijn nog aan de gang en het opbouwen van buy-in door ziekenhuizen zal tijd vergen. Wat we vandaag echter zien, zijn de vernieuwers die de eerste stappen zetten.