3DプリントはSFの世界のように思われるかもしれませんが、今や医療において重要な役割を担っています。医師はこの技術を使って、手術の改善、より良い、より手頃な価格の補綴物やインプラントの作成、さらには医療機器の迅速な開発を行うことができます。ここでは、病院や医師が3Dプリントをどのように活用しているか、また、将来的に医療をどのように変える可能性があるかをご紹介します。
病院における3Dプリンティング
2010年、社内に3Dプリンティング設備を持つ病院はわずか3つでした。2019年には、その数が113に増えました。医師が手術をする前に、解剖学的な構造を見ることができるのです。手術の前に、その上で練習することもできる。これは、より良い手術の結果につながるかもしれません。JAMA Network Open誌に掲載された2019年の研究では、腎臓腫瘍の手術の準備に3Dモデルを使用した医師は、手術時間の短縮、手術中の出血の減少、入院期間の短縮が報告されたことがわかりました。また、2021年の研究では、外科医が3Dモデルを使用した場合、長時間の手術が1.5時間から2.5時間短縮されることがわかりました。
模型を作るために、医師は通常、CTやMRIスキャンからの画像データを特別なソフトウェアプログラムに取り込みます。3Dプリンターで実際の模型を印刷します。
補綴物（ほてつぶつ
義肢は、必要とされれば人生を変えるものです。しかし、3Dプリント可能な補綴物は、それ以上に画期的なものかもしれません。エンジニアや医師が、その人に合わせて完全にカスタマイズされた義肢を開発するのに役立つのです。また、消費者向け3Dプリンティングにより、「DIY」義肢を誰でも、どこでもプリントできるようになったため、この技術がより身近で手頃なものになりました。
3Dプリント可能な義肢を製作するボランティアのデザイナー、エンジニア、医師のネットワークであるe-NABLEは、困っている人々を支援する組織の1つです。世界中の人々に8,000以上の義肢を提供しています。
医療用インプラント
歯科用インプラントは、3D技術の最初の認可用途の一部でしたが、その後FDAは、膝、腰、足首、背骨、頭蓋骨への認可を行いました。これらのインプラントは、従来から製造されているインプラントよりも薄くて安価であることが多いのです。ある研究では、3Dインプラントで股関節置換術を受けた人は、通常のインプラントを受けた人よりも安定性が良く、痛みも少なかったと報告されています。一説によると、3Dインプラントは従来のインプラントよりも骨の成長を促進する効果があると言われています。
また、3Dプリントされたインプラントは、より自分の体の骨に近いと言えるかもしれません。3Dインプラントを使用した脊椎固定術の患者を対象としたある研究では、ほぼ毎回（99％）手術が成功したことが分かっています。
医療機器
鉗子、クランプ、止血材、レトラクターなどの手術器具を3D技術で製造できるようになった。外科医が使用し、フィードバックを得た後、迅速に修正できることが利点の一つである。また、サプライチェーン上の問題で医療機器が不足した場合にも有効です。例えば、COVID-19のパンデミックでは、人工呼吸器が不足したため、オレゴン健康科学大学のチームが3Dプリンティング技術を使って低価格の人工呼吸器を開発しました。この装置は電気を必要としないほどシンプルで、最短3時間で作ることができ、1つ10ドル以下で購入することができます。
未来に何があるのか？
3D身体組織
すでに多くの大病院では、外科医が手術の計画を立てるのに役立つように、体の一部や臓器の3Dモデルをプリントアウトすることができます。しかし、これらの組織や臓器は、硬いプラスチックやゴムで作られたものばかりです。新しい研究が、より本格的なものを生み出すかもしれない。2020年、カーネギーメロン大学の研究者たちは、本物の心臓組織に非常によく似たアルギン酸という物質で、初めてフルサイズの3Dプリントによる人間の心臓模型を作りました。アルギン酸は本物の心臓組織に非常によく似ているため、外科医が医療処置の際に本物の心臓を扱うのと同じように、簡単に切断したり操作したりすることができるのです。
しかし、重力によってバイオリンクと呼ばれる生体物質が移動することがよくあるため、印刷中に臓器を密着させることが一つの課題となっていた。カーネギーメロン大学の研究者たちは、FRESH（Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels）と呼ばれる技術で心臓を作ることができた。FRESHは、生体材料の溶液（バイオリンク）を柔らかいハイドロゲルに針で注入し、印刷する際に対象物を支えます。印刷が終わると、熱を加えてハイドロゲルを溶かします。
最終的には、このようなモデルが、細胞が付着して成長できる構造を提供できるようになり、医師が人間の臓器を修復したり、完全に置き換えたりできるようになることが期待されているのです。
3D錠剤
医師がより個別化された医療を行うようになると、それに伴って3D錠剤の登場が期待されます。薬剤師は、一人ひとりに合わせた服用量、形状、サイズ、放出特性を持つ錠剤を迅速に製造できるようになる。いまのところ、3D薬は2015年にFDAが承認した抗てんかん薬「スプリタム（レベチラセタム）」1種類だけです。従来の方法では不可能な超高用量を医師が処方することができるのです。
しかし、3D錠剤は、印刷に時間がかかることもあり、なかなか普及しませんでした。しかし、研究者たちは、光で活性化する化学物質の溶液に薬剤を溶かすという新しい印刷技術を発見しました。これによって、薬が素早く固まり、印刷された錠剤が形成されます。現在、一部の医薬品は7秒程度で印刷することができます。研究者たちは、いつの日かスマートフォンの画面の光を使って錠剤を印刷できるようになることを期待しています。
