3Dプリンティングが医療に活用される5つの方法

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最近の技術進歩の多さ、特にAIの話題が他の見出しを押しのけていることから、目立たないかもしれませんが、ヘルスケアにおける3Dプリントの領域は急速に進化しています。毎週、企業が腎臓やその他の臓器など人体の一部を3Dプリントするために取り組んでいる新しいイノベーションの詳細を発表しています。そして、それだけにとどまりません。

3Dプリンターは、ユニークな形の小物を作るだけでなく、医療技術にも大きく関わっています。ここでは、医療における3Dプリンターの魅力的な活用方法をご紹介します。

1.3Dプリンターによる補綴（ほてつ）技術

3Dプリンターによって、カスタム義肢の市場は拡大し、多くの組織がその需要に乗じています。例えば、Open Bionics（スローガンは"Turning Disabilities Into Superpowers"）、e-NABLE（無料または低コストの子供用義肢を作るボランティアのグローバルコミュニティ）、UNYQ（芸術品とも言える義肢を作る会社）などがあります。

ヘルスケア分野における3Dプリンティングをご存知の方なら、3Dプリンターで製作した義肢を使用して、手足の機能を回復させるだけでなく、3Dプリンターで製作したブレードを使ってゴールラインを疾走するなどの畏敬の念を抱かせる偉業を成し遂げたという、数多くの感動の逸話に遭遇してきたことでしょう。

このようなストーリーの中心には、先進的な素材と技術があります。3Dプリンターで作られた義肢は、軽量で耐久性のあるプラスチックで作られており、シリコーン、TPE、ゴムなどと組み合わせて、人体に心地よく溶け込むように作られていることが多い。

技術がより身近になり、クリエイターが義肢装具の新しい作り方を見つけることで、今後もクールな進化が見られることは間違いないでしょう。

2.3Dプリンターによるインプラント

医療の未来を形作るテクノロジーは数多くあり、インプラントテクノロジーが健康やウェルネスを変える可能性も多くあります。同時に、3Dプリントされたインプラントは、医療シーンでますます多くの役割を果たすようになってきています。骨の損傷に対応するチタン製インプラント、頭蓋プレート、さらには脊椎固定用ケージなどを考えてみてください。まるでマーベル・コミックのような話ですが、こうしたイノベーションは今まさに起こっているのです。

この分野で事業を展開している企業には、Materialise、Stryker、4WEB Medicalなどがあります。これらの企業は、かつて困難であった医療上の課題に対して、個別化された正確なソリューションを提供することで、メカノバイオロジーの境界を押し広げています。例えば、3Dプリントされたインプラントは、顔の骨の再建や脊椎の損傷の修復に使用することができます。

3Dプリントインプラントには、強度と生体適合性に優れたチタンやコバルトクロムなどの素材が使われるのが一般的です。選択的レーザー溶融（SLM）や電子ビーム溶融（EBM）などの3Dプリント技術と組み合わせることで、患者さん固有の解剖学的構造とシームレスに融合するカスタムメイドのインプラントを製造することができます。

この3Dプリントインプラントの魅力は、患者さんの治療成績を飛躍的に向上させる可能性があることです。大怪我を負った人が、カスタムメイドの3Dプリントインプラントで顔の骨を再建した、という美しいストーリーがインターネット上に掲載されています。また、3Dプリントインプラントによって複雑な脊椎固定術を受けた人の例もあります。

未来はどうなるんだろう」と思っている方、バイオプリンティングはその一例です。この最先端技術では、患者さんの細胞を使って、移植用の生きた機能的な組織を作ることができます。まだ始まったばかりですが、その可能性は非常に大きいのです（オーダーメイドの臓器を考えてみてください）。

3.ドラッグデリバリーにおける3Dプリンティング

ヘルスケアにおける3Dプリンティングは、ドラッグデリバリーというもう一つの驚くべき用途を生み出します。一人一人に合った薬を提供する時代は終わりを告げようとしています。これからはパーソナライゼーションが重要であり、3Dプリンターがその先導役となるのです。

Aprecia PharmaceuticalsやFabRxのような企業は、医薬品製造への斬新なアプローチで業界を揺るがしています。FDM（Fused Deposition Modeling）のような3Dプリンティング技術を活用することで、これらの企業は、それぞれの患者の特定のニーズに合わせてカスタマイズされた錠剤を作ることができます。

具体的には、3Dプリンターを使って、有効成分の放出をコントロールする複雑な錠剤構造を作ることができます。この方法で製造された多孔質錠剤は急速に溶解し、多層錠剤は異なるタイミングで異なる薬剤を放出することができます。

将来的には、複数の薬を処方されている高齢の患者さんが、必要な薬を1つにまとめたオーダーメイドの錠剤を飲むことができるようになるかもしれない、と考えています。

4.3Dプリンターで作る組織・臓器

3Dプリンターは、さまざまな製品の製造に使われており、自動車の部品も3Dプリントできます。しかし、3Dバイオプリンティングは、まさに次のレベルです。科学者たちは、火傷患者のために人間の皮膚を印刷したり、薬物検査用のミニ臓器を印刷できる日が来ることを期待して取り組んでいます。Organovo社やPrellis Biologics社などは、3Dプリントされた人体組織で進歩を遂げている企業です。

3Dバイオプリンティングの核となるのは、バイオインクと呼ばれる細胞を正確なパターンで重ね合わせ、生きた構造を作り出すという複雑なプロセスです。3Dプリンターには、それぞれ異なる種類の細胞が入った複数のシリンジが備え付けられています。このプリンターが、一度に1層ずつ、完全に形成された組織や臓器ができるまで、これらの細胞を堆積させます。

2022年の大きなニュースのひとつに、人間の耳の3Dプリントに成功した3DBio Therapeutics社の業績があります。これは人体構造の比較的単純な部分のように思えるかもしれませんが、実際そうであり、科学者たちはバイオプリント技術を改良し、完全に機能する移植可能な臓器を作ろうと努力しています。しかし、臓器待ちのリストが過去のものとなるような世界に、私たちは日々近づいているのです。

5.3Dプリンターで作る医療機器

また、3Dプリンターが医療に活用されている例として、カスタマイズされた手術器具の開発が挙げられます。

これまで外科医は、標準化された器具の利用によって制限を受けることが多く、複雑な手技を希望通りの精度で行うことが困難でした。3Dプリンターを使えば、外科医は、特定の手術や患者の解剖学的構造に合わせて特別に設計されたオーダーメイドの器具を利用できるようになります。このようなオーダーメイドの器具は、精度の向上、手術時間の短縮、そして最終的には患者の転帰の改善につながるのです。

例えば、手術では臓器や組織を抑え、術者の視界を確保するためにリトラクタが不可欠です。3Dプリンターを使えば、患者さんの骨格に合わせてリトラクタをカスタマイズすることができ、周囲の組織への外傷を最小限に抑えながら最適な露出を確保することができます。