3D-Druck in der Medizin

Kein Mensch gleicht dem anderen. Das ist auch der Grund, warum der medizinische 3D-Druck, also der Einsatz von 3D-Druck in der Medizin sich immer mehr ausbreitet. Zum einen wird es Chirurgen ermöglicht passgenaue Implantate und Prothesen zu erstellen, zum anderen können Ärzte und Chirurgen die Operationsvorbereitung an 3D-gedruckten Modellen üben und so ein besseres Verständnis über die geplante Operation erlangen. Mit fortschreitender Entwicklung der 3D-Drucker das Drucken von Organen und menschlicher Stammzellen wesentlich an Bedeutung. Dieser medizinische Anwendungsbereich befindet sich jedoch noch in der Forschung und Entwicklung.

Drucken von Implantaten und Prothesen

Kommen wir zurück zu dem Satz: Kein Mensch gleicht dem anderen. Das Problem bei den Implantaten und Prothesen war, dass es kaum Sonderanfertigungen gegeben hat. Auf die Beschaffenheit eines jeweiligen Körpers, etwa auf lange oder kurze Knochen, wurde da oft keine Rücksicht genommen werden. Hier setzt die 3D-Drucktechnik an: Mit ihr lassen sich Implantate erzeugen, die millimetergenau an die Patientenanatomie angepasst sind. Ein solch perfekt abgestimmtes Kniegelenk sitzt besser und kann auch besser einwachsen.
Es gibt bereits einige Kliniken in Deutschland, die ihren Patienten Implantate aus dem 3D-Drucker anbieten. Das kostet etwa doppelt so viel wie die standardisierte Variante, wird aber in begründeten Fällen durchaus von der Krankenkasse bezahlt. Diese erhofft sich im späteren Verlauf weniger Arztbesuche und Eingriffe durch das individuell angepasste Implantat. Unklar ist bisher, wie sich die Gelenke aus dem 3D-Drucker im Laufe der Jahre verändern. Ein herkömmliches Implantat hält durchschnittlich 15 Jahre. Erst seit 4 Jahren werden die gedruckten Gelenke auch in Patienten eingepflanzt, es gibt also noch keine Langzeiterfahrung damit.

Neue Beißer aus dem 3D-Drucker

Ein Einsatzgebiet, in dem das dreidimensionale Drucken schon heute große Erfolge feiert, ist die Zahntechnik. Der 3D-Druck hat hier immense Vorteile gegenüber den herkömmlichen Verfahren wie Gießen oder Fräsen. Zahnersatz und Implantate sind klein, sie zu drucken geht wesentlich schneller als sie konventionell herzustellen, zudem ermöglicht der 3D-Druck ein präziseres Arbeiten. Beim Fräsen wird das Material aus einem bestehenden Block abgetragen, das heißt, der Materialverbrauch und damit die Herstellungskosten liegen also höher als beim Druck. Gießen ist sehr zeitintensiv, außerdem ist die Materialdichte begrenzt. Das kann der 3D-Druck besser. Während eines einzigen Druckvorgangs kann etwa eine Brücke an unterschiedlichen Stellen steifer oder elastischer produziert werden. Auch die Kieferorthopädie und -chirurgie profitiert vom 3D-Druck, denn auf Basis der Daten, die mithilfe des sogenannten DVT-Röntgens gewonnen werden, kann ein Modell des Kiefers gedruckt werden. Vor allem für den Patienten eine große Erleichterung, denn der unangenehme Löffelabdruck gehört damit der Vergangenheit an. Schienen und Zahnspangen werden einfach am Computer berechnet und ausgedruckt.

Herzklappen mithilfe des 3D-Druckers herstellen

In North Carolina experimentieren Forscher am Wake Forest Institute for Regenerative Medicine seit mehr als zehn Jahren mit einem Gewebe- und Organdrucker. Sie wollen verschiedene Muskel- und Knochengewebe nachbilden. Dafür verwenden sie den vollständig biologisch abbaubaren Kunststoff Polycaprolacton, der aus Erdöl gewonnen wird und thermisch gut formbar ist. Haut, Nieren und sogar Penisse sind auf diese Weise schon entstanden. Bisher haben die Forscher die künstlich geschaffenen Strukturen ausschließlich Tieren implantiert, das allerdings mit Erfolg. Auch Forscher in Deutschland beschäftigten sich mit dieser Art des 3D-Drucks. So versuchen Wissenschaftler am Fraunhofer Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik in Stuttgart, Herzklappen mithilfe des 3D-Drucks herzustellen. Sie drucken dafür ein entsprechendes Gerüst, auf dem sie die Zellen zu einer Herzklappe wachsen lassen. Das funktioniert im Labor hervorragend und hätte im Patienten gegenüber klassischen Modellen den Vorteil, dass es zu keinen Abstoßungsreaktionen kommt.