Additive Fertigung: Was 3D-Druck für die Medizin bedeutet

In der fertigenden Industrie herrscht ein regelrechter Boom im Hinblick auf 3D-Druck. Die Medizinbranche war einer der ersten Sektoren, die in dem additiven Fertigungsverfahren die Technik der Zukunft erkannten. Denn gerade sie profitiert von der damit verbundenen Möglichkeit, individuelle Lösungen zu entwickeln. Von maßgeschneiderten Geräten bis hin zu genau zugeschnittenen Prothesen und künftig sogar Organen könnten etwaige Medizinprodukte durch 3D-Druck künftig optimal an einzelne Patienten angepasst werden, so hofft man.

Von Prothesen bis hin zu Operationshilfen: Wie 3D-Druck die Medizin revolutioniert

In kaum einer anderen Branche gibt es derart viele Unternehmen, die additiv gefertigte Teile in Auftrag geben, wie in der Medizinbranche. Eine Studie von Research And Markets schätzt, dass der globale Markt im Hinblick auf 3D-gedruckte medizinische Geräte bei einer jährlichen Wachstumsrate von über 20 Prozent schon in wenigen Jahren bei rund fünf Milliarden US-Dollar liegen wird. Additiv hergestellt werden ne ben Prothesen und Implantaten mittlerweile beispielsweise Übungsteile zur Vorbereitung auf Operationen sowie einzelne Elemente, die man zur Herstellung medizinischer Geräte benötigt. Davon abgesehen werden auch Operationshilfen wie Schablonen längst per 3D-Druckverfahren hergestellt. In jedem der genannten Bereiche hat der Einsatz additiver Fertigung bahnbrechende Vorteile.

Implantate und Prothesen per 3D-Druckverfahren

Prothesen und Implantate sind dazu gedacht, Gliedmaßen und Organe zu ersetzen oder teilweise ihre Funktion zu übernehmen. Dementsprechend wichtig ist es, dass sie so genau wie möglich zum einzelnen Patienten passen. Anatomisch müssen sie perfekt auf die jeweilige Person zugeschnitten sein, um zu funktionieren. Vor der additiven Fertigung war dies teuer und zeitaufwendig. Dank seiner hohen Flexibilität hat der 3D-Druck den Herstellungsprozess von Grund auf revolutioniert. Tatsächlich kann man bei der Nutzung des Druckverfahrens vom digitalen 3D-Modell unmittelbar zum physischen 3D-Modell übergehen, ohne dass die Genauigkeit darunter leidet. Dadurch spart man nicht nur Zeit, sondern senkt auch Kosten. Sogar sehr komplexe geometrische Formen lassen sich mit der Technik problemlos herstellen – ein klarer Vorteil gegenüber herkömmlicher Herstellungstechniken. Auch in Sachen Langlebigkeit nehmen es viele 3D-gedruckte Implantate und Prothesen mit solchen aus konventionellen Fertigungsverfahren auf. 3D-gedruckte Titan-Hüftpfannen können beispielsweise bis zu zehn Jahre genutzt werden, ohne an Funktion zu verlieren. Darüber hinaus lassen sich Zahnprothesen dank des Fertigungsverfahrens heutzutage automatisiert anfertigen. Eine Entwicklung, die für individuell gefertigte Medizinprodukte vorher kaum denkbar war.

3D-Druckverfahren für chirurgische Simulationen

Tausende von Menschen werden jedes Jahr durch Operationsfehler verletzt. Per 3D-Technologie lassen sich diese alarmierenden Zahlen senken. Denn mit dem Druckverfahren können chirurgische Modelle zur Übung komplexer Eingriffe hergestellt werden. Bisher konnten Chirurgen lediglich an Patienten, an Leichenteilen oder Tieren trainieren. Damit waren nicht nur ethische, sondern auch logistische Schwierigkeiten verbunden. Mit additiv gefertigten Teilen bewegt sich das Training wesentlich näher an der realen Operationssituation, denn die Übungsteile lassen sich nach den medizinischen Bildern der einzelnen Patienten fertigen. So können Chirurgen beim Üben verschiedene Operationsstrategien erproben und vor dem Eingriff den für ihren Patienten passenden Ansatz auswählen. Das soll künftig die Operationsrisiken senken.

Additive Fertigung zur Herstellung von Organen

Bisher ist Bioprinting noch keine Realität. In Forschungsanwendungen wird die aufstrebende Technologie seit einigen Jahren jedoch erprobt. Das Ziel des Verfahrens ist die Herstellung 3D-gedruckter Zellverbände. Langfristig sind sie zwar noch nicht funktionstüchtig, aber seit den ersten Versuchen hat man zumindest Fortschritte verzeichnet. So wurde beispielsweise bereits Knochengewebe auf diese Weise entwickelt und Lebergewebe hergestellt. Außerdem gibt es heute bereits einen 3D-Bio-Drucker, der physiologisch komplexes Menschengewebe nach Maß fertigen kann. Heutzutage kann man so etwa Medikamente an extra dafür geschaffenen Organen testen. Wie man hofft, wird Bioprinting bald schon auch synthetische Organtransplantationen ermöglichen. Forschern in Südkorea gelang zuletzt die Herstellung von Haut auf Kollagenbasis, die auf einer Membran aus Polycaprolacton beruhte. Diese Entwicklung ist auch für die Kosmetikbranche interessant, die ihre Produkte so auf völlig neue Weise testen könnte.

3D-gedruckte Medikamente

Ähnlich wie 3D-gedruckte Organtransplantate sind auch additiv gefertigte Medikamente ein Ansatz, der die Medizintechnik der Zukunft prägen soll. Obwohl die Fertigung solcher Pharmazeutika heute schon möglich wäre, verhindern die strengen Regulationen der Pharmaindustrie bislang den Durchbruch. Theoretisch könnte man die Dosis jedes Medikaments per 3D-Druckverfahren schnell und mit wenig Aufwand an den einzelnen Patienten anpassen. Gerade in der Pädiatrie hätte dies viele Vorteile, weil sich das Gewicht und die Größe von Kindern ständig ändert und die Dosierung verschriebener Medikamente entsprechend oft angepasst werden muss. Auch die Kombination zweier oder mehrerer Medikamente zu einer einzigen Tablette wäre durch additive Fertigung möglich, sodass Patienten nie mehr als ein Medikament schlucken müssten. Die Freisetzung einzelner Wirkstoffe könnte mit dem Druckverfahren außerdem genauestens reguliert werden. Der gezielten Freisetzung in bestimmten Bereichen des Magendarmtrakts stünde beispielsweise nichts im Weg.