3D-Druck – Ein Segen für die Medizin

3D-Druck und patientengerechte Medizin, individuelle, auf den Patienten zugeschnittene und zugleich kostengünstige Lösungen –  für beide Anforderungen kann der 3D-Druck einen wichtigen Beitrag leisten.

Immerhin 30 Prozent der medizinischen Implantate und Geräte sollen laut aktueller Gartner-Studie in 2020 aus dem 3D-Drucker kommen. Aus Amerika kommt der 3D-gedruckte Stent aus Polymer (vom Körper abbaubar) zu Behandlung von Speiseröhrenkrebs. Und in medizinischen Disziplinen wie der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie gehören 3D-Planung und 3D-Druck längst zum Behandlungsstandard. Allein aus den Reihen unserer 3D-Netzwerk-Partner kommen dazu zahlreiche Lösungen. Zum Beispiel Apium: Der Spezialist für den Werkstoff PEEK und Entwickler eines Fused Filament Fabrication (FFF)-3D Druckers fertigt individualisierte Implantate im 3D-Verfahren.

Nicht nur auf Qualität und Kosten im hiesigen Gesundheitssystem wirkt sich die 3D-Drucktechnologie günstig aus. Dem hohen Bedarf an Bein- und Handprothesen in Entwicklungsländern kann mit 3D-Technologie zu Leibe gerückt werden. Ein Beispiel dazu liefert ein durch das 3D-Netzwerk initiiertes Gemeinschaftsprojekt zwischen einem lokalen Sanitätshaus, den Firmen AUMAT Maschinenbau, trendlog 3D und dem Informatiker Rainer Martin. Für einen Mann, der in der wirtschaftlich schwachen Dominikanischen Republik durch einen Unfall seinen Arm verloren hatte, wurde eine voll funktionsfähige Handprothese entwickelt (vgl. hierzu http://solinger-bote.de/nachrichten/2016/04/28/solingen-eine-voll-funktionstuechtige-handprothese-aus-dem-3d-drucker/).

Welche prominente Rolle der 3D-Druck auch bei der medizinischen Diagnostik und Gesundheitsvorsorge in Entwicklungs- und Schwellenländern spielen kann, belegen zwei Beispiele aus der Forschung.

Medizintechnik aus 3D-Druckern hilft Entwicklungsländern

Die kostspielige Produktion von medizinischem Gerät wie etwa elektronisch gespeicherten Zentrifugen, die beispielsweise zur Diagnose von Malaria verwendet werden, könnte schon bald Geschichte werden. Dasselbe gilt für den Bau von Mikroskopen. Dazu zwei Beispiele:

An der Stanford University beschäftigt man sich einem der ältesten Spielzeuge überhaupt, den Whirligigs. Jeder von kennt sie aus seiner Kindheit: Ein Objekt wird auf eine Schnur aufgezogen, die abwechselnd und in schnellen Bewegungen auf Spannung oder Entspannung gezogen oder gelöst wird. Das Objekt wird durch diese Bewegung rasant gedreht und verwirbelt. Das ist im Grunde auch das Prinzip einer Zentrifuge.

Für die Malaria-Diagnose sind Zentrifugen unerlässlich. Sie zerlegen Blutproben in ihre individuellen Komponenten. Manu Prakash, Assistent Professor of Biotechnology in Stanford: „Es gibt weltweit mehr als eine Milliarde Menschen, die keine Infrastruktur, keine Straßen, keine Elektrizität haben. Ich erkannte, dass, wenn wir ein kritisches Problem wie die Malaria-Diagnose lösen wollten, mus ten wir eine menschlich angetriebene Zentrifuge entwerfen, die weniger als eine Tasse Kaffee kostet.“

Die Forscher experimentierten mit Prototyping-Discs aus Pappe und  anderen Materialien, einschließlich Kunststoff, 3D gedruckt auf einem Formlabs Form 2 Drucker. Die 3D-Druckplatten wogen 20 Gramm und waren in der Lage, bei etwa 10.000 U / min zu drehen. Diese „3D-Fugen“ sind leicht, aber langlebig und eröffnen Möglichkeiten für die Massenproduktion der Geräte zu geringen Kosten. In Labortest konnten Malaria-Parasiten damit in nur 15 Minuten von roten Blutkörperchen getrennt werden.

Die Whirligig-Zentrifugen sind indes nicht die ersten preiswerten medizinischen Werkzeuge, die von Prakash und seinem Labor entwickelt wurden.Sie sind auch verantwortlich für das „Foldscope“, ein Papiermikroskop, das weniger als einen Dollar kostet und zur Diagnose von Blutkrankheiten verwendet werden kann. Diese Erfindung wird derzeit von 50.000 Menschen auf der ganzen Welt genutzt. Zudem entwickelte das Labor via 3D-Druck auch einen Chemiebaukasten, der sowohl die Untersuchung von Boden- und Wasserqualität als auch für die Diagnose von Krankheiten genutzt werden kann.

 

Low Cost Science: Cambridge sorgt für großen Auftritt von Mikroben

Um eine ähnliche Entwicklung ging es an der Universität Cambridge in England. Hier entwickelte man ein 3D-gedrucktes OpenSource-Mikroskop zum Download. Das Gerät wurde eigens geplant, um durch Wasser übertragene Krankheiten zu bekämpfen.

Das OpenFlexure-Mikroskop aus Cambridge bietet Entwicklungsländern und unterversorgten Gemeinschaften eine kostengünstige und effiziente Möglichkeit, ihre Wasserversorgung zu überwachen und zu sichern. Derzeit wird das Mikroskop von der britischen Wohltätigkeitsorganisation Oxfam getestet. Ziel ist es, das 3D-Druckprodukt für Regionen bereitzustellen, in denen es um den Zugang zu sauberem Trinkwasser geht. Die Entwicklung soll eines Tages helfen, tödliche Krankheiten wie Cholera, Dysenterie (Ruhr) und Typhus zu verhindern.

Zum Mikroskop gehört ein Wasser-Test-Kit. Es filtert Wasserproben für eine größere Konzentration und überträgt die Bakterien auf ein bestimmtes Selektionsmedium.

Ein kleines Pi-Kameramodul fängt dann ein Zeitrafferbild von diesem Bakterienwachstum ein, das dann über eine Bildverarbeitungssoftware finalisiert wird. Das Ergebnis  wird drahtlos an Smartphone oder PC mit den GPS-Koordinaten sowie der exakten Herkunft der Wasserprobe übertragen.

WaterScope, die Partner-Organisation der Cambridge-Universität, verkauft das OpenFlexure Microscope Kit für 50.00 Pfund. Es beinhaltet: ein Wasserproben-Kit, das Raspberry Pi-Kameramodul und andere nicht-3D-gedruckte Komponenten. Allerdings müssen ein Raspberry Pi 3 Model B und microSD-Karte separat erworben werden.