Wie kommt der 3D-Druck in Krankenhäusern zum Einsatz?

Im Laufe der Jahre hat der 3D-Druck allmählich Einzug in den medizinischen Bereich genommen. Orthopädie, Augenheilkunde, Zahnmedizin und Traumatologie sind nur einige der Fachbereiche, die diese Technologie zur Optimierung ihrer Arbeit nutzen – und das aus gutem Grund. Aufgrund ihrer Eigenschaften ermöglicht die additive Fertigung die schnelle und kostengünstige Entwicklung aller Arten von Teilen, darunter Medikamente, Einlagen, Orthesen, Prothesen und sogar chirurgische Führungen. Es gibt zahllose Anwendungen der additiven Fertigung im Gesundheitssektor. Doch während immer mehr Initiativen entstehen, wie sieht es mit der Integration des 3D-Drucks in Krankenhäusern aus? Neben Vorteilen, Herausforderungen und Grenzen kommen wir auf diese Frage zurück, die immer noch Gegenstand vieler Debatten unter Fachleuten, Patienten und der breiten Öffentlichkeit ist.

Bereits vor einigen Jahren wurde der 3D-Druck in Krankenhäusern in mehreren Ländern eingeführt. In den Vereinigten Staaten beispielsweise stellte Statista fest, dass im Jahr 2010 nur 3 Krankenhäuser über eigene 3D-Druckanlagen verfügten, während es 2019 bereits 113 waren. Ein kometenhafter Anstieg, der vom Interesse der Ärzteschaft an dieser Technologie zeugt. Auf der anderen Seite des Atlantiks, insbesondere in Frankreich, gewinnt die additive Fertigung auch in den Universitätskliniken an Popularität, vor allem in Brest und Besançon. Dort wird die Technologie aus verschiedenen Gründen eingesetzt, von der Unterstützung der Ärzte bei ihren therapeutischen Entscheidungen bis hin zum besseren Verständnis der Patienten für ihre Diagnosen.

Die 3D-Drucker der I3DM-Plattform des Universitätsklinikums von Besançon (Bild: Universitätsklinikum Besançon)

3D-Druck in Krankenhäusern: Eine Vielzahl von Anwendungen

„Zwischen der Einsparung von Operationszeit, der Entwicklung personalisierter Chirurgie und kostengünstiger Fertigung sehe ich kaum Grenzen für den Einsatz von 3D-Druck in Krankenhäusern. Deshalb glaube ich fest daran„, sagt Samuel Guigo, Funktechniker und Verantwortlicher für 3D-Drucker am Universitätskrankenhaus von Brest. Wie viele andere ist auch er von den Vorteilen dieser Technologie überzeugt. Wie in vielen anderen Branchen, in denen der 3D-Druck zum Einsatz kommt, wird die additive Fertigung in Gesundheitseinrichtungen für verschiedene Zwecke genutzt. In Krankenhäusern ist die Hauptanwendung wahrscheinlich die Herstellung von Operationsschablonen.

Aurélien Louvrier, Kieferchirurg an der Universitätsklinik von Besançon, erklärt: „So können wir beruhigt sein und chirurgische Eingriffe, die auf den ersten Blick recht komplex erscheinen, mit mehr Gelassenheit betrachten. Die Operation wird bereits virtuell durchgeführt, und man kommt mit weniger Angst in den Operationssaal. Dank der virtuellen Chirurgie und des 3D-Drucks anatomischer Modelle können wir die Analyse eines jeden Falles perfektionieren und verschiedene chirurgische Strategien in Betracht ziehen. Sobald die geeignetste Lösung gewählt wurde, kann der Eingriff in aller Ruhe durchgeführt werden. Zahlreiche Chirurgen des Universitätsklinikums Besançon haben diese Technologie bereits eingesetzt. Die im Januar 2020 eingerichtete I3DM-Plattform führt derzeit etwa 150 Planungs- und 3D-Druckverfahren pro Jahr durch„.

Wenn der Druck von 3D-Modellen den Ärzten ein besseres Verständnis von Anatomie und Pathologie ermöglicht, können auch die Patienten besser verstehen, woran sie leiden. Mit einer physischen Darstellung der Pathologie ist das Pflegepersonal in der Lage, den Patienten konkret darzulegen, worin die Probleme bestehen und wie sie versuchen werden, sie zu beheben. In Barcelona zum Beispiel, im Kinderkrankenhaus Sant Joan de Déu, gelang es dem chirurgischen Team, mithilfe der BCN3D-Lösungen einen Tumor im Wangenknochen eines 11-jährigen Jungen zu entfernen. Eine gefährliche Operation, die durch die Planung und Simulation des chirurgischen Eingriffs erleichtert wurde. Ein Beweis dafür, dass diese Anwendung sowohl den Chirurgen als auch den Patienten beruhigt und dazu beiträgt, die Beziehung zwischen Patient und Behandler zu verbessern. Aber das Interesse an der additiven Fertigung im Krankenhausumfeld auf diesen Effekt zu reduzieren, wäre zu schlicht.

3D-gedruckte Reproduktion des Tumors eines Kindes (Bild: SJD Barcelona Hospital)

Zahlreiche Vorteile

Wie bereits erwähnt, bietet die Technologie den Ärzten die Möglichkeit, zu üben, bevor sie eine Operation durchführen. Und diese Praxis führt folglich zu niedrigeren Kosten für die Gesundheitseinrichtungen und zu höheren Erfolgsquoten. Chirurgen, die 3D-gedruckte Operationsschablonen verwenden, erklären, dass diese Anwendung es ihnen ermöglicht, die Operationszeit zu verkürzen und gleichzeitig die Präzision zu verbessern, wodurch Blutungen, das Infektionsrisiko und sogar die Zahl der Wiederholungsoperationen verringert werden. Dies ist für Gesundheitseinrichtungen sehr wichtig, denn der Operationssaal ist einer der größten Kostenfaktoren für Krankenhäuser. Dr. Louvrier erklärt: „Es ist eine echte Win-Win-Situation, da die Präzision des chirurgischen Eingriffs verbessert und die Operationszeit verkürzt wird. Wir schaffen keine finanziellen Vorteile, aber wir sparen Geld; wenn wir eine Stunde Operationszeit einsparen, sind die Einsparungen bereits erzielt„.

Die additive Fertigung in Krankenhäusern begünstigt auch die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze. Obwohl sie meist nur als Gesundheitseinrichtungen betrachtet werden, sind Universitätskliniken auch Orte, an denen Forschung sehr wichtig ist. Dank der Möglichkeiten des 3D-Drucks, mit dem maßgeschneiderte medizinische Geräte wie Prothesen und Orthesen sowie Medikamente entworfen werden können, hoffen viele Wissenschaftler, den Patienten in den kommenden Jahren eine bessere Versorgung bieten zu können. Dafür sind jedoch bestimmte Voraussetzungen erforderlich.

Während der ersten Welle von Covid-19 installierte die AP-HP 60 3D-Drucker (Bild: LP/Olivier Arandel)

Ein wachsendes Ökosystem

Nur wenn die Geschäftsleitung beschließt, in vollem Umfang zu investieren, kann eine Abteilung für 3D-Technologie eingerichtet werden. Herr Louvrier erinnert sich an die Anfänge des 3D-Drucks im Universitätsklinikum Besançon: „Wir stellten fest, dass viele Teams 3D-Technologien einsetzten, aber jedes für sich allein. Also schlugen wir der Direktion vor, diese Aktivität zu zentralisieren und sie aus regulatorischer Sicht auf den neuesten Stand zu bringen„. Daraufhin widmete sich das Krankenhaus der Schaffung von Räumlichkeiten und der Ausstattung mit speziellen Geräten, die den Normen für die Entwicklung medizinischer Geräte entsprechen. Seitdem werden Ultimaker und Formlabs 3D-Drucker täglich zur Unterstützung der Ärzte eingesetzt. Ein Vollzeit-Krankenhausingenieur widmet sich dieser Tätigkeit.

Es liegt auf der Hand, dass die Integration von Technologien wie dem selektiven Lasersintern oder sogar traditionellen Fertigungsmethoden für ein Krankenhaus viel komplizierter ist. Diese Art von Verfahren erfordert nämlich Räumlichkeiten, die zahlreichen Vorschriften gerecht werden müssen, was für die Gesundheitseinrichtungen zu hohe Kosten bedeutet. Wenn ein implantierbares Teil wie eine Platte oder ein maßgefertigtes Implantat benötigt wird, wenden sich die Krankenhäuser daher an die Industrie im Allgemeinen. Und auch wenn ein Eingriff durch Dritte erforderlich ist, ist der Herstellungsprozess schneller. Die Ärzte und Krankenhausingenieure können das Medizinprodukt selbst modellieren und die 3D-Datei an das mit dem Design beauftragte Partnerunternehmen senden. Mit diesem neuen hybriden Arbeitsablauf kann ein maßgeschneidertes, personalisiertes medizinisches Gerät schneller hergestellt werden.

Krankenhäuser nutzen ebenfalls externe 3D-Druckdienstleister (Bild: F3DF)

Einschränkungen für die Integration des 3D-Drucks in Krankenhäusern

Allerdings ist der 3D-Druck heute noch nicht in allen Krankenhäusern integriert, was vor allem auf eine Reihe von Hindernissen zurückzuführen ist, die noch bestehen. Wie bereits erwähnt, ist die Regulierung die größte Herausforderung für die additive Fertigung. Guigo erklärt: „Der regulatorische Aspekt und die Fähigkeit der Krankenhäuser, ihre eigenen medizinischen Geräte auf zertifizierte Weise herzustellen, gehören zu den wichtigsten Einschränkungen. Wir könnten auch die Tatsache erwähnen, dass wir selbst ein gedrucktes medizinisches Gerät entwerfen, drucken und implantieren, was in meinen Augen sicherlich die anzustrebende Entwicklung ist„.

Gleichzeitig ist die Ausbildung in 3D-Technologien auch ein Hindernis für die vollständige Demokratisierung des 3D-Drucks. Zur Zeit haben zu wenige Pflegekräfte die Möglichkeit, eine Ausbildung in 3D-Technologien zu absolvieren. Aus diesem Grund wurde 2020 in Besançon an der Universität Burgund-Franche-Comté ein Universitätsdiplom (DU) geschaffen, um dieses Problem zu lösen. Dieser Kurs mit dem Titel „DU I3DC“ für 3D-Druck in der Chirurgie umfasst theoretische Kurse, in denen die verschiedenen Vorschriften erläutert werden, und praktische Kurse, in denen die Studenten lernen, 3D-Teile zu modellieren und zu drucken. Der DU steht Ingenieuren und Pflegekräften offen und zielt darauf ab, den 3D-Druck in Krankenhäusern, aber auch im privaten Sektor zu verbreiten.

Der Weg zur Demokratisierung der Technologie

Und während sich die additive Fertigung, wie wir sie kennen, allmählich ausbreitet, beginnt das Bioprinting auch in Universitätskliniken eingesetzt zu werden. In Marseille hat das französische Unternehmen Poietis, Experte für die Entwicklung von Bioprinting-Lösungen, eine neue Partnerschaft mit dem Labor für Zellkultur und Therapie (LCTC) angekündigt. Gemeinsam wollen die beiden Unternehmen der AP-HM (Assistance publique – Hôpitaux de Marseille) eine Plattform für die Entwicklung von implantierbaren biologischen Geweben zur Verfügung stellen.

Letztendlich werden die Technologien wahrscheinlich in Krankenhäusern zum Einsatz kommen. Das Potenzial der 3D-Technologien im Krankenhausbereich scheint angesichts ihrer Vorteile, insbesondere in Bezug auf Kosten und Geschwindigkeit, immens. Noch vor einem Jahr sagte Samuel Guigo zu diesem Thema, er habe „noch keine Vorstellung von allen möglichen Einsatzmöglichkeiten des Druckens im Krankenhausbereich„.

Was halten Sie vom 3D-Druck in Krankenhäusern?  Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder  LinkedIN  mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.

*Titelbildnachweis: Formlabs