szerző:
Stemler Miklós

Sci-fibe illő téma helyett a 3D-nyomtatás ma már az egészségügy és ipar szerves része, ráadásul akár magunk is nyomtathatunk művégtagot otthonunkban rászoruló gyermekek részére – ám az élő tüdő nyomtatásától még messze vagyunk. Pécsen jártunk a 3D-nyomtatás nemzetközi seregszemléjén.

Az élő szövetek nyomtatását egyelőre bízzuk a profikra, ám házi 3D-nyomtatónk segítségével nem csupán a saját, hanem a leginkább rászorulók életét is jobbá tehetjük. Ez volt az egyik legizgalmasabb tanulsága a Pécsi Tudományegyetemen második alkalommal megrendezett nemzetközi interdiszciplináris 3D-konferenciának, ahol az egészségügytől az iparon át a művészetig tekintették át neves magyar és külföldi előadók, hogy a 3D-technológia milyen új lehetőségeket kínál. Az interdiszciplináris jelleg azonban nem csupán a tudományágak között átjárásra érthető, hanem a 3D-technológiát használókra is, hiszen ma már a kutatóktól a mérnökökön és orvosokon, művészeken át a laikusokig terjed a skála.

Az emberi sejttől a kinyomtatott autóig

A 3D-nyomtatásról többször írtunk már mi és mások is, így talán elegendő felidézni az alapokat. Az úgynevezett additív gyártási technológia segítségével háromdimenziós tárgyakat lehet létrehozni egy speciális nyomtató révén, ami igazi jelentőségét akkor nyeri el, ha mindezt kombináljuk a háromdimenziós vizualizációval, amely révén tűpontosan lehet lemodellezni a lehető legkülönbözőbb tárgyakat, legyen szó akár egy beültetésre váró orvosi eszközről, akár egy bonyolult alkatrészről. A két technológia találkozása révén szédítő lehetőségek tárulnak fel az élet szinte minden területén – persze nem kevés megoldandó „részletkérdés” akad még.

©

A legfontosabb ezek közül az anyag és a méret kérdése. Nagyon nem mindegy, hogy milyen anyagokból lehet 3D-tárgyakat létrehozni, illetve a technológia fejlődésével a kérdés egyre inkább az, hogy egyszerre mennyi anyagot lehet felhasználni egy nyomtatás során – értelemszerűen minél többet, annál bonyolultabb és funkcionálisabb objektumok állíthatóak elő. A méret kérdése mind mikró, mind makró szinten meghatározó: minél pontosabb egy nyomtató, annál kisebb tárgyakat lehet előállítani – például emberi sejteket. A másik irányban egyre nagyobb tárgyak kinyomtatására nyílik lehetőség, és így például egy autót is nyomtathatunk magunknak.

A technológiai korlátok viszont egyre inkább tágulnak, derült ki a konferencián. Falk György, a nemzetközi szinten is elismert magyar 3D-nyomtató cég, a Varinex Zrt. igazgatója például olyan technológiát mutatott be, amely révén hét anyagból hozhatóak létre az egyes rétegek a nyomtatás során, a legújabb fejlesztések révén pedig tizedére lehet csökkenteni a nyomtatáshoz szükséges időtartamot, ami a sokszor több napig tartó nyomtatások esetén óriási előrelépés.

©

Nyomtassunk műkezet a garázsunkban!

A 3D-nyomtatás bárhol, bárki által történő alkalmazása talán a legjelentősebb áttörés. Tökéletes példája ennek a konferencián bemutatott Project Daniel, amely a szudáni polgárháború során kezüket vesztett gyerekek számára készít személyre szabott művégtagokat – az első művégtagot kapott fiatal, az akkor 14 éves Daniel mindkét kezét elvesztette 12 éves korában, így segítség nélkül még enni is képtelen volt. Mindez ma már a rutin 3D-alkalmazások közé tartozik, ám a kezdeményezést útjára indító Not Impossible Labs nagy újítása a projekt önfenntartóvá tétele volt: miután a szükséges technológiát és tudást elvitték Szudánba, a művégtagok elkészítését az ottani önkéntesekre bízták, akik a menekülttábor nem épp ideális körülményei között is képesek voltak folytatni a munkát – egészen addig, amíg egy újabb bombázás tönkre nem tette az infrastruktúrát.

Ha nem is ennyire drasztikus körülmények között, de hasonlóra Magyarországon is akad példa. A rászoruló gyermekek számára műkezeket tervező és legyártó önkénteseket összefogó e-NABLE nevű szervezet 2011-ben jött létre, és ma már Magyarországon is aktív. A 3D-technológia iránt régóta érdeklődő Sztojanov Krisztián két éve találkozott egy szakmai konferencián a szervezet egyik alapítójával, és azóta a magyar csoport is kinőtte magát: az egyelőre szerény, öt-hat állandó tagot számláló csapat a 3D-tervezéshez és nyomtatáshoz értő emberekből áll, akik maguk tervezik meg és készítik el a műkezeket.

Az e-NABLE a közelmúltban kezdett kollaborációba a Pécsi Tudományegyetemen működő 3D-kutatócsoporttal: a cél, hogy a jelenleg használt egyszerű művégtagok mellett olyan motorizált verziókat fejlesszenek ki, amelyeket aztán szintén el lehet készíteni az otthoni 3D-nyomtatók segítségével. Az, hogy az e-NABLE a kezekre koncentrál, az egyik ledőlőben lévő technikai korláttal van összefüggésben: az otthoni használatra kapható nyomtatók túlnyomó többsége egyelőre nem képes műláb nagyságú tárgyak nyomtatására – a kulcsszó az egyelőre.

©

A litván Baltic3D még egy lépéssel tovább vinné a művégtagkészítést, abból a felismerésből kiindulva, hogy a jelenlegi módszerekkel hiába készül el viszonylag gyorsan egy műkéz, a rászorultak számához viszonyítva ez még mindig nem elégséges. A probléma egyik forrása a személyre szabott művégtag megtervezésének körülményessége, hiszen ehhez a sérült testrész 3D-szkennelése szükséges. A litván cég tervei szerint a különböző okos eszközökre (telefonokra, tabletekre) elkészített alkalmazások segítségével bárki végrehajthat ilyen szkenneléseket a jövőben, és a szükséges szoftverek fejlesztése után 3D-tervezők segítségére sem lesz szükség a végtagprotézisek elkészítéséhez.

Nyomtató a műtőben

A szó szerint garázsprojektek mellett a spektrum másik oldalán a bonyolult műtéti eljárásokat átformáló 3D-technológiák találhatóak, amelyek mára szintén a mindennapok részévé váltak, nem csupán a fejlett nyugati országokban, hanem egyre több helyen Magyarországon is. A lista szinte végtelen: a rutin fogászati eljárások mellett alkalmaztak már háromdimenziós tervezést mellkasuknál összenőtt sziámi ikrek szétválasztására is.

©

A 3D-meghatározó mivoltára jó példát mutatott a Bázeli Egyetemi Klinika kutatóorvosának, Florian Thieringernek az előadása. A svájci klinika 3D-laborjában több nyomtató működik egyszerre, kihasználtságukra és a rájuk való igényre jellemző, hogy július közepe és szeptember vége között 140 feladatot hajtottak végre segítségükkel, és a 3D-tervezés majd nyomtatás segítségével készített csontpótlások és protézisek révén néhány évvel ezelőtt még elképzelhetetlen arcrekonstrukciókat lehet végrehajtani a hétköznapok szintjén.

A Debreceni Egyetem Biomechanikai Laboratóriuma által készített fejlesztések elsősorban a mozgásszervi panaszokkal rendelkezők számára jelentenek óriási segítséget, legyen szó akár pontosan illeszkedő protézisek előállításáról, avagy gerincimplantátumokról.

A csereszabatos tüdőre még várnunk kell

A most már a mindennapok szintjén is megnyilvánuló szédítő fejlődés ellenére még bőven akadnak meghódítandó csúcsok a 3D-kutatás-fejlesztésben. Az orvosi szempontból legtöbbet ígérő terület a szövetnyomtatás, amely révén élő szövetek pótlására, illetve a remények szerint funkcionális emberi szervek létrehozására nyílik lehetőség. A várakozások természetesen óriásiak, ám ahogyan a tüdőszövet létrehozásával foglalkozó Dr. Pongrácz Judit, a PTE kutatóprofesszora előadásából kiderült, a leküzdendő problémák is.

Vese 3D-nyomtatása
©

Az élő tüdősejtek létrehozása csak az első lépés azon a hosszú úton, amely végén egy működőképes emberi tüdő található, és bár a bionyomtatás révén ez ma már viszonylag könnyen megoldható feladat egy, de akár ezer sejttel nem sokra megyünk: egy tüdőhöz 3,72 a tizenharmadikon számú sejtre van szükség. Ennek a csillagászati számú sejtnek ráadásul különböző feladatokat kell ellátnia, azaz valamilyen módon differenciálni kell őket, és a szerv működéséhez meghatározott formában kell felépíteni őket egy vázszerkezet segítségével. Miután ezzel megvagyunk, már csak az olyan részletkérdések vannak hátra, mint a vérellátás biztosítása, illetve az idegrendszer „behuzalozása” az új szervbe.

A fentiekből valószínűleg kiderült, hogy polcról levehető tüdővel, avagy szívvel még jó ideig nem szolgálnak az orvosok, ám a szövetnyomtatás már mai formájában is rengeteg mindenre lehetőséget ad. A pécsi kutatócsoport által létrehozott tüdőszövet például kitűnően alkalmazható a tüdő regenerációs képességeinek vizsgálatára és fejlesztésére, a beteg, rákos sejtekből létrehozott szövet révén pedig meg lehet vizsgálni, hogy egy-egy beteg tüdője hogyan reagál a különböző gyógyszeres terápiákra, létfontosságú időt nyerve a kezelés során. Emellett bizonyos szöveteinek nyomtatása már most is sok reménnyel kecsegtet, hiszen például bionyomtatással létrehozott porcokra már a közeli jövőben számíthatunk.

A 3D-nyomtatás tehát valóban a jövő technológiája. Már csak nekünk kell valamilyen módon elérnünk ebbe a jövőbe.

A 3D-technológia gyors fejlődése és rengeteg területet átfogó természete miatt jelentős probléma, hogy az egyes kutatások és fejlesztések egymástól elzártan zajlanak, miközben ezek rengeteg esetben profitálnának egymásból. Erre próbál megoldást találni a PTE 3D kutatócsoportja, amely öt egyetemi kar (orvosi, gazdasági, műszaki-informatikai, művészeti és természettudományi) oktatóiból és hallgatóiból áll. Az egyetem 3D-projektje a közelmúltban 1,85 milliárdos pályázati támogatást nyert el, és a támogatáshoz méltóan a célok is ambiciózusak. A kutatások és fejlesztések spektruma a szövetnyomtatástól kezdve az ipari-művészeti területen keresztül a köz- és felsőoktatásig terjed, a helyet ezek számára pedig egy 2017 során felépítendő 3D-kutatóközpont adná, ahol nem csak az egyetemi szféra, hanem a gazdasági partnerekkel való közös projektek is helyt kapnak a tervek szerint. Bár az 1,85 milliárd forint (ebből 200 millió a Debreceni Egyetemmel közös kutatásra jut) soknak hangzik, elköltése nem lesz nehéz feladat, tekintve a valóban az élvonalba tartozó 3D-eszközök árait, nem beszélve a technikai fejlődés jelentette állandó kihívásról.