W ciągu ostatnich dziesięcioleci współczesna medycyna zrobiła ogromny postęp w opiece onkologicznej: od etapu diagnozy, nowatorskich metod chirurgicznych, po chemioterapię i radioterapię. Pomimo tego liczba nowych zachorowań i zgonów spowodowanych nowotworami stale rośnie, a wywołane tym straty społeczne i gospodarcze osiągają nowy poziom na który nie mogą sobie pozwolić nawet tak zamożne kraje jak Stany Zjednoczone. 

Zapotrzebowanie na rozwój nowych technologii diagnostycznych i terapeutycznych, które umożliwią bardziej skuteczne leczenie onkologiczne, jest większe niż kiedykolwiek. 

Indywidualizacja terapii dzięki technologiom addytywnym

Chociaż na pierwszy rzut oka drukowanie materiałów biologicznych i wytwarzanie materiałami litymi takimi jak plastik czy ceramika wyjadą się być zupełnie różne to w rzeczywistości istnieje ogromne wspólne pole zastosowań tych dwóch pokrewnych technologii.

Zarówno druk 3D jaki biodruk umożliwiają indywidualizację produktu końcowego. Od projektu do produktu końcowego to użytkownik posiada pełną kontrolę nad procesem produkcyjnym. Żadna inna technologia nie pozwala w tak prosty sposób dopasować strukturę do złożoności ciała pacjenta lub ją wiernie odtworzyć. 

W obu tych technikach istnieje wiele różnych technologii druku, od ekstruzji po fotoutwardzanie. Kluczową rolę w tych procesach odgrywają specjalistyczne i certyfikowane materiały na przykład polimery lub biotusze.

Klasyczny druk 3D a onkologia

Wiele aplikacji druku 3D w chirurgii onkologicznej pokrywa się z zastosowaniami znanymi z chirurgii ogólnej. Tworzenie trójwymiarowych modeli chirurgicznych idealnie oddających anatomię guza przed operacją ułatwia zaplanowanie i uzyskanie lepszych wyników leczenia zarówno chirurgicznego jak i radioterapeutycznego.  Wraz z rozwojem technologii addytywnych pojawia się coraz więcej kreatywnych zastosowań druku 3D w medycynie i onkologii.

Główną aplikacją druku 3D w onkologii jest planowanie przedoperacyjne. Mając w ręku model anatomiczny chorego obszaru chirurg może skuteczniej wyznaczyć strategię leczenia, a nawet przećwiczyć na nim zaplanowany zabieg. Fakt ten znacznie ogranicza podejmowanie decyzji pod presją w trakcie operacji i jests szczególnie ważny w przypadku złożonych i skomplikowanych interwencji chirurgicznych, w których guz obejmuje krytyczne struktury, takie jak ważne naczynia i nerwy.

Tego typu modele wydrukowane w 3D są często nieocenionym narzędziem do edukacji pacjentów i ułatwieniem w procesie komunikacji lekarz – pacjent.  Innym zastosowaniem technologii addytywnych jest produkcja zindywidualizowanych implantów i protez dla pacjentów po resekcji.

Ogromną popularność w ostatnich latach zyskuje również zastosowanie drukarek 3D w jednej z kluczowych metod leczenia onkologicznego jaką jest radioterapia. Modele symulacyjne i fantomy wydrukowane zgodnie z anatomią pacjenta zmniejszają skutki uboczne radioterapii oraz umożliwiają dobranie odpowiednich parametrów ułożenia pacjenta oraz dawek terapeutycznych. Coraz częściej produkuje się też akcesoria w postaci bolusów do teleradioterapii lub aplikatorów do brachyterapii.

Biodruk kluczem do znalezienia leku na raka

Biodruk 3D obejmuje trzy główne aspekty leczenia onkologicznego: modelowanie chorób, diagnostykę oraz dostarczanie i testowanie leków.

Skuteczne stworzenie modelu nowotworowego jest kluczem do spersonalizowanej strategii leczenia onkologicznego oraz odkrycia nowych metod walki z rakiem. W ostatnim czasie modele nowotworowe oparte na biodruku 3D z wykorzystaniem komórek ludzkich zyskują ogromną popularność w stosunku do tradycyjnych hodowli komórkowych 2D i 3D wykonanych przy użyciu innych technik inżynierii tkankowej. Obniżony koszt i zwiększona złożoność modeli rakowych drukowanych w 3D może okazać się bardziej opłacalnym i etycznym rozwiązaniem w stosunku do modeli zwierzęcych.

Technologia biodruku 3D umożliwia symulację nie tylko zaawansowanego mikrośrodowiska guza wraz z całym unaczynieniem, ale również tworzenie modeli przerzutów. Do tej pory nie było skutecznego leku przeciwko przerzutom, zatem zrozumienie procesu ich powstawania i zwalczania jest dla onkologii jednym z największych wyzwań.

Trójwymiarowe modele chorobowe umożliwią lepsze zrozumienie patogenezy raka oraz ułatwią znalezienie najskuteczniejszej metody leczenia. Ponieważ leki przeciwnowotworowe są często toksyczne, spersonalizowane dla pacjenta połączenie i dawkowanie terapii przeciwnowotworowych zmaksymalizuje skuteczność przy minimalizacji skutków ubocznych.

Biodrukowane układy mikrofluidyczne symulujące systemy przepływowe w organizmie człowieka, znane coraz częściej jako lab-on-a-chip, znajdują liczne zastosowania w diagnostyce i testowaniu leków przeciwnowotworowych. Coraz szybszy rozwój nanotechnologii oraz nanomedycyny umożliwi w przyszłości stworzenie spersonalizowanego systemu dostarczania leków.

Podobnie jak wiele innych powstających technologii, druk 3D jest potężnym narzędziem, które może odmienić cały system opieku zdrowotnej oraz zapewnić rozwiązania, o których wcześniej mogliśmy tylko pomarzyć. Ważnym jest, aby zrozumieć podstawowe zalety druku i biodruku 3D oraz wykorzystać je w rozwiązaniu problemów współczesnej medycyny. Otwarty umysł oraz połączenie postępów technologicznych z różnych dziedzin nauki zbliża nas do zwycięstwa walki z nowotworami.