איברים מודפסים להשתלה, דגמים אנטומיים מדויקים בהתאמה אישית למטופל, איברים מלאכותיים לביצוע בדיקות – כל אלו נראים כמדע בדיוני אבל חלקם כבר איתנו, והאחרים לא רחוקים הדפסת תלת מימד ברפואה כבר כאן.
הדפסת תלת-מימד מחוללת מהפכות בתחומים רבים, אחד העיקריים שבהם הוא מדע הרפואה. בעשור הקרוב, תעשיית הדפסת התלת-מימד עתידה להתפתח ולגלגל 8.9 מיליארד דולר כאשר 1.9 מיליארד דולר (21%) מתוכם עתידים להיות בתחום של יישומים רפואיים. השימוש בטכנולוגיה זו בתחום הרפואה החל עוד בשנות האלפיים, אז השתמשו בהדפסת תלת-מימד לייצור שתלי שיניים ותותבות מותאמות אישית. מאז עבר תחום זה מהפכה, והיום כבר ישנם שימושים רבים במוצרים המודפסים בשירות הרפואה, כאשר הדרך עדיין פתוחה לרווחה ורק מחכה ליישומים נוספים.
מודלים אנטומיים בתלת מימד
אחד השימושים בהדפסת תלת מימד אשר הולך ותופס תאוצה בשנים האחרונות הוא הדפסת מודלים אנטומיים בתלת מימד. מודל אנטומי הוא מודל המדמה איברים באופן מושלם הן מבחינת צורה והן מבחינת המרקם. למודלים אלו יש יתרון ברור – החזקה של המודל ביד, האפשרות להפוך ולראות אותו מזוויות שונות, לבדוק גישה מכיוונים שונים, לבדוק מה התחושה וכדומה.
ישנם שימושים רבים למודלים אלו: הדרכה ואימון, רפואה מותאמת אישית, בדיקת פתרונות תרופתיים ופיתוח עזרים רפואיים.
עד היום, הדרכות והדגמות בנושאי רפואה נעשו על איברי גופות, בעלי חיים או מודלים מפלסטיק שלא היו קרובים לתחושה ולריאליסטיות שמודלים אנטומיים מסוגלים לספק. מודלים אנטומיים מודפסים באמצעות מדפסות תלת מימד מתקדמות אשר פותרות דילמות מוסריות – לצד היכולת לספק תחושה מאד קרובה לרקמת אדם אמיתית.
דגמים מודפסים מאפשרים לרופאים לבחון מכשור רפואי חדשני, ללמד עקרונות רפואיים וניתוחים ולהדגים מוצרים חדשים לקלינאים
כחלק מההכנה לניתוח מורכב ישנו מידע רב הזמין ממכשירי הדמייה שונים שמסוגלים לספק תמונות דו מימדיות, מזוויות שונות, עבור המנתח. קיים פער משמעותי בין הדמייה דו מימדית לבניית מודל מדויק אנטומית שבעזרתו ניתן לפתור את האתגר הניתוחי הניצב בפני צוות המנתחים; באמצעות בניית מודל אנטומי המבוסס על תצלומי הדמייה קיימים, צוותי הניתוח יכולים להתאמן על המודל, לבדוק גישות שונות למקרה הניתוחי, לתקשר טוב יותר ביניהם – ולהגיע מוכנים יותר לחדר הניתוח.
שימוש במודלים אנטומיים לביצוע ניתוחים
אחד הניתוחים המפורסמים שנשען על שימוש במודלים אנטומיים היה ניתוח שנעשה בבית החולים סורוקה להפרדת תאומות אשר היו מחוברות בראשן. מדובר בניתוח מורכב ונדיר אשר בוצע והסתיים בהצלחה רק כ-20 פעמים בעולם עד היום. צוותים של בית החולים ומומחים עולמיים ערכו הכנות שנמשכו מספר חודשים לקראת הניתוח. במהלך ההכנות ובזמן הניתוח עצמו, השתמשו הצוותים במודלים מודפסים אשר היו מבוססים על הדמיות CT ו-MRI ודימו את כלי הדם, עצמות הגולגולת, העור וקרומי המוח באופן מדויק.
לימור חביב, מעצבת תעשייתית ובעלת החברה 3D4OP, מספרת עד כמה סייע המודל בהצלחת ניתוח ההפרדה: "המודל המודפס של התאומות איפשר לערוך דיונים על תוכנית הניתוח בין הדיסיפלינות השונות והמנתחים הרבים אשר היו מעורבים בניתוח. המנתחים הפלסטיים בדקו את גודל החתך שהם צריכים לבצע בעור ומדדו כמה עור ועצם הם צריכים כדי לשחזר את גולגולות התינוקות לאחר הפרדתן. הנוירוכירורגים בחנו גם הם את המודל ותכננו מהיכן כדאי להתחיל את הניתוח, בגישה קדמית או אחורית, מה גודל החלון בגולגולת אותו יצטרכו להוציא כדי להגיע לכלי הדם הרלוונטיים ולבצע את ההפרדה של מעטפת הגולגולת (הדורה).
הצוות בדק באיזה אופן הכי נכון להשכיב את התינוקות בזמן הניתוח, איך כדאי להחדיר את מכשירי ההנשמה, כיצד לקבע את ראשיהן על מיטת הניתוחים והתאים את העזרים הנכונים – והכל לפי המודל המודפס. המודל שימש את הכירורגים גם בזמן הניתוח לוודא שהם מנתחים בדיוק לפי התכנון קדם ניתוחי. בעזרת מדפסות התלת מימד המתקדמות של חברת Stratasys (J850 והטכנולוגיה החדשנית digital anatomy printing) DAP) ניתן להדפיס את חלקי המודל במרקם ורמת קושי המדמה איבר אמיתי. הגולגולת למעשה הודפסה מחומר הדומה במאפייניו המכניים לעצם, כלי הדם הודפסו בחומרים גמישים והדורה (מעטפת המוח) הודפסה מחומר גמיש ושקוף שאיפשר לבצע את הסימולציה בדיוק כפי שהניתוח עתיד היה להתבצע בפועל”.
ניתוח נוסף שבו הדפסת מודל אנטומי תלת מימדי סייע רבות להצלחה היה ניתוח שבוצע בבית החולים תל השומר (שיבא) לתיקון מום מורכב בלבו של ילד בן ארבע. ד"ר אוריאל כץ ולימור חביב הדפיסו מודל של הלב על סמך צילומי CT ובאמצעותו תכננו את ההליך הניתוחי. המודל עוצב והודפס על ידי חביב מחומרים מיוחדים של חברת Stratasys, חומרים אשר דימו את רקמת הלב ואת המסתמים באופן מדויק – דבר שאיפשר למנתחים לדמות את הניתוח עליו, לבדוק אסטרטגיות ניתוחיות שונות ולקבוע תוכנית ניתוח אופטימלית. בזכות מודל מודפס זה ניתן היה להימנע מהתלבטות בזמן הניתוח עצמו, ולבצעו בהצלחה ולפי התכנון המוקדם.
אנטומיה דיגיטלית מתקדמת
בן קליין, דירקטור פתרונות מדיקל ורפואה בחברת Stratasys, מספר על הפיתוחים שהביאו את האנטומיה הדיגיטלית להיות מתקדמת במיוחד: "מדפסות פותחו בשילוב עם חומרים חדשניים כמו TissueMatrix, BoneMatrix ו-GelMatrix כדי לענות על צרכים רפואיים מורכבים עם יכולת להדפיס מודלים מורכבים בשלב הכנה לניתוח. “המדפסות האלה – כמו ה-J750, למשל – מתוכנתות מראש עם יישומים אנטומיים שונים, טכנולוגיה שפותחה בשיתוף עם יצרני מכשירים רפואיים, מוסדות מחקר ברמה עולמית, בתי חולים ואנשי רפואה כדי לדמות את התחושה, ההתנהגות והמידות של האיבר האמיתי – מטקסטורה וצבע ועד שקיפות וגמישות״.
מודל של מפרצת מוחית כהכנה מקדימה לניתוח
באמצעות מדפסות וחומרים אלו ניתן ליצור מבני כלי דם עדינים עד לקוטר פנימי של 1 מ”מ עם עובי דופן של 1 מ”מ. עובי קיר כלי הדם יוצר תוצאות מציאותיות המספקות משוב ריאליסטי מבחינה קלינית. מבנה כלי הדם מחקה את המציאות ומאפשר הדמיה מדויקת של פרוצדורות קליניות שונות: הכנסת קטטר, פריסת TAVR, תיקוני מפרצות באבי העורקים הבטני, LAAC ועוד. הדפסת תלת-מימד משכפלת היום במדויק את זרימת הדם ויכולה לשחזר הסתיידות הנראית תחת פלואורוסקופיה. המנתחים חווים במדויק הליכים כמו חיתוך ותפירה, מיקום והתקנים של מכשירים.
מודלים אנטומיים מתקדמים משמשים הן לצרכי לימוד ותרגול כללים והן עבור רפואה בהתאמה אישית כחלק מההכנה לניתוחים. בנוסף, מודלים אלו יכולים גם לעזור בפיתוח עזרים רפואיים שונים אותם ניתן לבדוק מול המודלים המודפסים.
לדברי בן קליין, “מדפסת תלת מימד מאפשרת לאנשי רפואה לייצר חלקים אנטומיים אשר מדמים באופן כמעט אופטימלי את הדבר האמיתי.. היא מפחיתה את הצורך בשימוש בדגמים סינתטיים, בעלי חיים וגוויות, ומאפשרת לצוות הרפואי לבדוק הליכים מורכבים ולהתאמן בכל מקום. המשמעות היא הפחתה בעלויות ההכשרה והרכש, כמו גם שיפור ברמה האתית, עם ביטול הצורך בבדיקת פרוצדורות כירורגיות והתקנים על בעלי חיים".
מודלים אנטומיים אלו משפרים את איכות הטיפול להם זוכים המנותחים וגם חוסכים כסף רב לבתי החולים. לדוגמה, בית חולים בבירמינגהם, בריטניה, הצליח לחסוך 20,000-15,000 ליש"ט לניתוח ושעות בחדר הניתוח עצמו על ידי הדפסת מודלים אנטומיים מדויקים לפני ניתוחים. תוכנית הניתוח המוקדמת לא רק קיצרה את משך השהייה בחדר הניתוח, אלא הפחיתה את הסיכון לסיבוך במהלך ניתוח וקיצרה את משך זמן ההחלמה לאחריו.
דגם לב כולל מסתמים המדמה באופן מלא את התחושה, התגובתיות והביומכאניקה של האנטומיה
הדפסת תלת מימד ברפואה: יצירת עזרים רפואיים
תקופת הקורונה יצרה מהפכות גם בתחום הדפסת התלת-מימד בתוך בית החולים. בחודשים הראשונים של מגפת הקורונה בשנת 2020, מערכת בתי החולים הגדולה באירופה התקינה 60 מדפסות תלת מימד של חברת Stratasys בבתי החולים. בזכות מדפסות אלו, הובטח ייצור מהיר של ציוד חיוני לשימוש בית חולים: מגיני פנים, מסכות, משאבות מזרקים חשמליות, ציוד אינטובציה ושסתומי הנשמה. חברת Stratasys יצרה קואליציה בין חברות ואוניברסיטאות עם 150 חברות, ביניהן מדטרוניק ובואינג במטרה לייצר מגיני פנים. הקואליציה שירתה את צרכיהם של כ-100 מערכות בריאות הכוללות בתי חולים, מרפאות, מרכזים רפואיים אקדמיים ובתי אבות.
הדפסת תותבות, שתלים ואיברים
שימוש מקובל נוסף ברפואה להדפסת תלת מימד הוא בתחום הדפסת תותבות ושתלים. למעשה, השימוש הראשון ברפואה להדפסת תלת מימד היה לצורך הדפסת שתלי שיניים תותבות מותאמות אישית בתחילת שנות האלפיים. לאחרונה, נעשה שימוש בהדפסת תלת-מימד לייצור עצמות, אוזניים, שלדים חיצוניים, עצמות לסת, תרביות תאים, תאי גזע, כלי דם, רשתות כלי דם, רקמות ואיברים, כמו גם שתלים כירורגיים, דנטליים ושתלי עמוד שדרה וירכיים.
כיום מיוצרים שתלים ותותבים כמעט בכל גיאומטריה, מורכבת ככל שתהיה. ניתן לתרגם סריקות רנטגן, MRI או CT לקבצי הדפסה תלת מימדיים. בשיטה זו ניתן ליצור גפיים תותבות מותאמות ומורכבות כמו גם שתלים כירורגיים, לפעמים תוך 24 שעות.
הדמיה של צפיפות עצם שונה המאפשרת יכולת אימון לאורטופד לקבל את התחושה של ניסור עצם המדמה עצם אמיתית
הדפסה ביולוגית של רקמות ואיברים עדיין בחיתוליה, אך העתיד נראה מבטיח. אחת הבעיות הגדולות של עולם הרפואה היא תחום ההשתלות. כיום, על מנת לבצע השתלה יש צורך בתורם איברים וקיים מחסור תמידי באיברים זמינים מתאימים להשתלה. גם אם נמצא איבר, הסיכויים לדחייתו הם גדולים יחסית והמטופל נאלץ ליטול תרופות מדכאות חיסון במשך כל חייו. ניתוחי השתלה גם יקרים מאוד, ועולים מעל ל-300 מיליארד דולר בשנה בארה"ב בלבד. עם התפתחות טכנולוגיית הדפסה ביולוגית תלת מימדית, התקווה היא כי ניתן יהיה בעתיד להדפיס איבר חלופי מתאים שנלקח מגופו של המטופל. בדרך זו, האיבר יהיה תמיד תואם, הצורך בשימוש בתרופות מדכאות חיסון יהפוך מיותר והתור לאיבר מתאים מתקצר למשך הזמן אשר נדרש להדפסת האיבר החלופי. ההנחה היא כי כאשר הטכנולוגיה תתקדם, ניתן יהיה להדפיס רקמות ואיברים חלופיים שהודפסו על בסיס תאי גזע של המטופל עצמו שנשמרו בילדות.
הדפסות תלת מימד בשירות פיתוח תרופות
תחום נוסף בו טכנולוגיית הדפסת תלת-מימד תופסת תאוצה הינו מחקר וייצור תרופות. הדפסת תלת-מימד מבטיחה שליטה מדויקת בגודל ובמינון, כמו גם אפשרות ייצור עבור פרופילים מורכבים של שחרור תרופות. חברות ביוטכנולוגיה רבות עובדות כיום על פיתוח רקמות ואיברים לצורכי מחקר רפואי; חברת Organovo, לדוגמה, מדפיסה רצועות של רקמת כבד מודפסת לצורך מחקר רפואי. הצפי הוא כי פיתוח נוסף של החומר יאפשר מחקר בטיפולים תרופתיים חדשים.
ככל שטכנולוגיית הדפסת תלת מימד ביולוגית תתפתח, ניתן יהיה להשתמש בה לצורך התאמה אישית של תרופות לאחר שנבדקו על מודל איברי המטרה שהודפסו מתאי גזע של המטופל עצמו.
תחום נוסף בו נעשה שימוש נרחב בהדפסת תלת-מימד הוא הדרך בה ניתן לקחת תרופות. הצפי הוא כי הדפסה תלת מימדית תהפוך נפוצה במיוחד בבתי המרקחת על מנת להחליף פורמולציות של תרופות והדפסה של פוליפיל (רב-כדור) בודד שאותו המטופל ייטול פעם ביום.
כיווני פיתוח להדפסת תלת-מימד בשירות הרפואה
חלק מהאתגרים כיום אינם טכנולוגיים, אלא נוגעים לאבטחת נתונים, רגולציות לאומיות ובינלאומיות ונושאים הקשורים לפטנטים וזכויות יוצרים. יחד עם זאת, ההתקדמות מתרחשת כל הזמן – גם בטכנולוגיה, גם במדפסות וגם בחומרים בהם משתמשים. כפי שמשתקף כיום, העתיד הקרוב יביא לשינויים ופריצת דרך בין היתר בתחומים אלו:
הדפסת רקמות ואיברים לצורכי מחקר רפואי ותרופתי.
הדפסת רקמות ואיברים בהתאמה אישית מתאי המטופל.
הדפסה במהלך הניתוח – הדפסה ביולוגית מדויקת לתיקון נגעים. כבר היום נעשה שימוש לתיקון נגעים בעור.
מדפסת תלת מימד בגודל כף יד לתיקון רשמות ישירות, בשילוב רובוטיקה.
SU-PAD מייצגת את חברת Stratasys בישראל
חברת SU-PAD מייצגת את חברת Stratasys בישראל. חברת SU-PAD מעניקה ללקוחותיה שירות מלא- החל משלבי התכנון, הבנת הדרישות והצרכים, דרך הרכישה וההטמעה וכלה במתן שירות מכל הלב, 24/7 לכל דרישה, בקשה או שדרוג. זיו שדה, סמנכ"ל השיווק בחברת SU-PAD , מעריך כי תוך מספר שנים יהנו תושבי ישראל משימוש שגרתי בהדפסת תלת-מימד במרכזים הבריאותיים בארץ. "בתי החולים בישראל מקימים מרכזי תלת מימד לשימוש הכירורגים ולתועלת המטופלים. אנו גם מתחילים לראות תנועה של רגולטורים וחברות ביטוח לכיוון הבנה והכרה של הערך בשימוש בתלת מימד לטובת המטופלים", זיו שדה.
לפרטים נוספים אודות פתרונות הדפסת 3D, ניתן לפנות לשי אינגבר: shai@su-pad.com.
