В нескольких словах
В 1990-х годах европейский проект PHIDIAS заложил основу для использования 3D-печати в медицине. Благодаря ему стало возможным создание точных моделей органов и имплантатов, что значительно улучшило планирование и проведение сложных операций. Компания Materialise, выросшая из этого проекта, сегодня является лидером в этой области, разрабатывая индивидуальные решения для хирургии и улучшая качество жизни пациентов.
В 1990 году Фрид Ванкраен посетил немецкую торговую ярмарку, где его заворожила презентация 3D-принтера.
Он был настолько впечатлен, что забрал один для своей новой компании Materialise. Два года спустя, с помощью европейского финансирования, он отправился в путешествие со своим стартапом, которое навсегда изменило мир медицины, а также 3D-печати. Ванкраен и Materialise первыми начали использовать 3D-печать в медицинских целях, с партнерами из Германии и Великобритании. Впервые они начали производить точные и осязаемые модели костей и органов человека на основе медицинских изображений, что очень помогло хирургам, планирующим сложные операции. «Уже тогда мы были убеждены, что 3D-принтеры изменят мир медицины», — говорит он. После того, как Materialise превратилась из компании, выделившейся из университетских исследований, в многонациональную корпорацию, Ванкраен покинул свой пост исполнительного директора в 2024 году, чтобы возглавить ее. Тем не менее, он до сих пор ясно помнит волнение от начала нового приключения, чтобы проверить свои идеи более тридцати лет назад.
Подробнее об этом: 3D-печать и мышечные клетки: формула новых живых роботов.
Что помогло им начать этот путь, так это европейский грант на их исследовательский проект PHIDIAS. Он длился три года, до конца 1995 года, и был посвящен производству точных медицинских моделей на основе улучшенных медицинских изображений, в основном, компьютерной томографии (КТ). «Конечно, я помню!» — восклицает Ванкраен, когда его спрашивают. «Я был руководителем проекта, написал предложение (о финансировании) и собрал всех партнеров». В их число вошла компания Imperial Chemical Industries из Великобритании, фармацевтическое подразделение которой в 1993 году стало независимой компанией Zeneca, а также Siemens, промышленный гигант из Германии, который занимался производством устройств для медицинской визуализации, и Лёвенский католический университет в Бельгии.
Materialise начинала как подразделение Лёвенского католического университета, а сейчас в ней работает около двух тысяч человек. Кроме того, она котируется на бирже Nasdaq в Нью-Йорке. В свою очередь, 3D-печать стала фундаментальной опорой хирургической помощи. 3D-принтеры часто используются для создания имплантатов, протезов и моделей тела пациента, с которыми могут практиковаться хирурги. Однако, когда была создана Materialise, эта технология только зарождалась, и были сомнения относительно того, насколько полезной она может оказаться и смогут ли врачи использовать ее для лечения реальных пациентов. Реальная работа началась 1 января 1993 года, менее чем через три года после создания компании. «Это были наши годы стартапа», — говорит Ванкраен. «Мы были командой из двадцати человек».
От ломтиков ветчины до спирального сканирования.
Для команды Ванкраена приоритетом было улучшение медицинской визуализации. «Сделать КТ тогда было все равно, что нарезать ломтики ветчины», — вспоминает Ванкраен. «Для сканирования аппарат делал снимок одного слоя тела пациента, а затем перемещался на несколько сантиметров, чтобы отсканировать другой, как будто нарезая ломтики ветчины». «Если пациент двигался, даже минимально, на изображении уже возникали проблемы», — говорит Ванкраен, имея в виду так называемые артефакты, случайные узоры или искажения на изображениях. 3D-печать нуждается в точных изображениях тела пациента. Если, например, предполагается напечатать на 3D-принтере имплантат, который должен идеально подходить, необходимо точное изображение тела человека. Артефакты на сканере в конечном итоге приведут к медицинским проблемам и дискомфорту у пациентов. Поэтому команда Materialise сменила метод «ломтиков ветчины» на спиральное сканирование КТ. «Нам удалось отсканировать пациента одним движением», — говорит Ванкраен. «КТ двигалась по спирали вокруг пациента».
Еще одно препятствие было преодолено, когда Zeneca, которая позже объединилась со шведской фармацевтической компанией Astra и образовала AstraZeneca, разработала полимер, совместимый с телом человека и пригодный для 3D-печати. Это позволило заменить старые полимеры, которые часто были токсичны для людей и не могли использоваться в имплантатах. Лучше ходить, чем бегать. Materialise перенесла свою технологию в Университетскую больницу в Лёвене, в своем родном городе, поскольку они хотели расширить свою новаторскую технику. Именно там они проверили, может ли 3D-печать действительно принести пользу хирургам, и работали примерно с тридцатью специалистами по хирургии из Бельгии, Франции, Германии и США. «Мы провели наше первое реальное клиническое исследование по 3D-печати в системе здравоохранения», — говорит Ванкраен. В частности, они помогали хирургам готовиться к сложным операциям. Их команда использовала лазерную стереолитографию, технику, которая печатает сложные и точные модели по слоям. Она работает с ультрафиолетовым лазером на смоле из крупных молекул, чувствительных к такому свету, и с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования. Они создали модели органов и частей тела, пригодные для 3D-печати, с которыми хирурги могли работать благодаря своим новым сканерам, которые могли предлагать лучшие медицинские изображения. Таким образом, хирурги могли подготовиться к тому, что они могут найти внутри тела пациента, и скорректировать свой способ работы. «Во многих случаях нам удалось сократить количество операций, которым приходилось подвергать пациента», — говорит Ванкраен. «Был человек, которому было запланировано три операции, и, благодаря нашей технологии, хирург смог лучше их спланировать и завершить процедуру за одно вмешательство, что значительно снизило воздействие на его тело».
PHIDIAS была командой, которая заложила основу для будущих достижений в 3D-печати в медицине, объединив улучшения как в сканировании, так и в печати. «Нам нужно было научиться ходить, прежде чем научиться бегать», — говорит Ванкраен. «С PHIDIAS мы научились ходить». Трамплин в будущее. Одним из исследователей Materialise, который сейчас может бегать, является Роэль Вирикс-Спетженс, директор по медицинским исследованиям. Он отвечает за разработку новых решений на основе работы исследователей PHIDIAS. «PHIDIAS создала наше медицинское подразделение», — говорит он. «С тех пор мы поставили, например, более 400 000 индивидуальных инструментов для колена, чем я очень горжусь», — объясняет он, имея в виду вспомогательные элементы, которые позволяют хирургам работать более точно. В одном проекте Materialise удалось создать подробную 3D-модель легких пациента, которая включала бронхиальное дерево, доли и секции каждого легкого. Эта модель помогает хирургам, которым необходимо удалить рак легких, поскольку позволяет им определить, где именно находится опухоль. «Таким образом, они извлекают меньше здоровой ткани легких», — говорит Вирикс-Спетженс. «Все это делает восстановление пациента гораздо менее сложным».
Тем не менее, они также продолжают разрабатывать новые технологии 3D-печати. Materialise разработала различные способы улучшения лицевой хирургии, среди прочего. Раньше, если пациент страдал, например, от травмы, которая деформировала его лицо, хирургам приходилось использовать стандартные имплантаты для замены поврежденной кости и ткани и вручную сгибать эти имплантаты во время операции, чтобы они соответствовали остальной части структуры лица. «Сегодня мы печатаем на 3D-принтере имплантаты, изготовленные на заказ для каждого пациента», — сообщает Вирикс-Спетженс. «Мы сканируем лица нашими 3D-принтерами, чтобы создавать сложные имплантаты и чтобы хирурги могли восстановить структуру лица пациента». Теперь это лечение можно адаптировать к потребностям каждого человека. PHIDIAS был ключевым шагом к тому, чтобы сделать это возможным, и до сих пор предлагает невероятные возможности для будущего. «Мы занимаемся только этим более 34 лет», — говорит Ванкраен. «Я не знаю, где мы закончим». Исследования, описанные в этой статье, финансировались Рамочной программой ЕС. Мнения опрошенных не обязательно отражают мнение Европейской комиссии. Статья первоначально опубликована в Horizon, журнале исследований и инноваций Европейского Союза.
