Die Integration des 3D-Drucks in Krankenhäusern

Im Laufe der Jahre hat sich die additive Fertigung nach und nach auch im medizinischen Bereich durchgesetzt. Ob Orthopädie, Augenheilkunde, Zahnmedizin oder Traumatologie – viele Fachbereiche nutzen heute die Technologie, um ihre Arbeit zu optimieren. Und das aus gutem Grund. Aufgrund ihrer Eigenschaften ermöglicht die additive Fertigung, alle Arten von Anwendungen schnell und kostengünstig zu entwickeln. Medikamente, Einlagen, Orthesen, Prothesen, chirurgische Führungsschienen. Es gibt unzählige Anwendungsfälle für die additive Fertigung im Gesundheitssektor. Doch wie sieht es mit der Integration des 3D-Drucks in Krankenhäusern aus, wenn immer mehr Initiativen ins Leben gerufen werden? 3Dnatives geht dieser Frage nach, die unter Fachleuten, Patienten und der breiten Öffentlichkeit immer noch heiß diskutiert wird.

Vor einigen Jahren wurde die additive Fertigung in Krankenhäusern in mehreren Ländern eingeführt. In den USA beispielsweise zählte die Organisation Statista, die Statistiken zu verschiedenen Themen erstellt, im Jahr 2010 nur drei Krankenhäuser mit internen 3D-Druckanlagen, während es 2019 bereits 113 waren. Ein rasanter Anstieg, der das Interesse der Ärzteschaft an der Technologie belegt. Auch auf der anderen Seite des Atlantiks, vor allem in Frankreich, gewinnt die additive Fertigung in Universitätskliniken an Popularität, insbesondere in Brest und Besançon. Dort wird die Technologie aus verschiedenen Gründen eingesetzt, sei es, um Ärzten bei der Wahl ihrer Therapien zu helfen oder um Patienten ein besseres Verständnis ihrer Krankheiten zu ermöglichen.

Die 3D-Drucker der I3DM-Plattform des CHU de Besançon (Foto: CHU de Besançon)

3D-Druck im Krankenhaus: vielfältige Einsatzmöglichkeiten

„Ich sehe kaum Grenzen für die Technologie in Krankenhäusern, wenn es darum geht, Operationszeiten zu verkürzen, personalisierte Chirurgie zu entwickeln und kostengünstig zu produzieren. Deshalb glaube ich auch so sehr daran“, sagt Samuel Guigo, der als Radiomanipulator für die 3D-Drucker am Universitätsklinikum Brest zuständig ist. Wie viele andere ist auch er von den Vorteilen der Technologie begeistert. Wie in vielen anderen Industriezweigen, die 3D-Druck verwenden, wird die additive Fertigung auch in Gesundheitseinrichtungen für verschiedene Zwecke eingesetzt. Und in Krankenhäusern ist der Hauptverwendungszweck wahrscheinlich die Herstellung von Operationsschablonen. Aurélien Louvrier, Kiefer- und Gesichtschirurg am Universitätsklinikum Besançon, erklärt: „Das gibt Sicherheit und ermöglicht es, chirurgischen Eingriffen, die auf den ersten Blick recht komplex erscheinen, gelassener entgegenzusehen. Der chirurgische Eingriff wird bereits virtuell durchgeführt, man kommt mit weniger Angst in den Operationssaal. Dank des virtuell durchgeführten chirurgischen Panelings und des 3D-Drucks von anatomischen Modellen kann man die Analyse jedes einzelnen Falls perfektionieren und verschiedene Operationsstrategien in Betracht ziehen. Sobald man sich für die am besten geeignete Lösung entschieden hat, kann man beruhigt mit dem Eingriff fortfahren. Zahlreiche Chirurgen des Universitätsklinikums Besançon haben sich diese Technologie zu eigen gemacht. Die im Januar 2020 gegründete I3DM-Plattform führt derzeit etwa 150 Planungen und 3D-Drucke pro Jahr durch.“

Der Druck von 3D-Modellen ermöglicht es Ärzten, Anatomie und Pathologie besser zu verstehen, aber auch die Patienten können besser nachvollziehen, woran sie leiden. Mit einer physischen Darstellung des Krankheitsbildes kann das Pflegepersonal den Patienten konkret zeigen, was die Probleme sind und wie sie versuchen werden, sie zu beheben. In Barcelona zum Beispiel, im Kinderkrankenhaus Sant Joan de Déu, gelang es dem Chirurgenteam mit Hilfe von 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 Chirurgen als auch Patienten beruhigen kann und dazu beiträgt, die Beziehung zwischen Patient und Arzt zu verbessern. Den Nutzen der additiven Fertigung im Krankenhaus auf diesen Effekt zu reduzieren, wäre jedoch zu kurz gegriffen.

3D-gedruckte Nachbildung des Tumors des Kindes. (Bild: SJD Barcelona Hospital)

Zahlreiche Vorteile

Wie bereits erwähnt, bietet die Technologie den Ärzten die Möglichkeit, vor der Durchführung einer Operation zu üben. Und dieses Training führt logischerweise dazu, dass die Kosten für die Gesundheitseinrichtungen sinken. Verschiedene Chirurgen, die 3D-gedruckte OP-Schablonen verwenden, erklären, dass diese Anwendung die Operationszeit verkürzt und gleichzeitig die Präzision verbessert, was zu weniger Blutungen, einem geringeren Infektionsrisiko und weniger Nachoperationen führt. Dies ist für Gesundheitseinrichtungen sehr wichtig, da der Operationssaal zu den größten Kostenfaktoren in Krankenhäusern zählt. Dr. Louvrier erklärt: „Es ist eine echte Win-Win-Situation, da die Präzision des chirurgischen Eingriffs verbessert wird und die Operationszeit verkürzt werden kann. Man schafft keine finanziellen Gewinne, aber man spart Geld, wenn man eine Stunde Operationszeit einspart, ist die Einsparung bereits gemacht.“

Die additive Fertigung in Krankenhäusern fördert auch die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze. Obwohl Universitätskliniken meist nur als Pflegeeinrichtungen angesehen werden, sind sie auch Orte, an denen die Forschung eine wichtige Rolle spielt. Dank der Möglichkeiten des 3D-Drucks, mit dem sich beispielsweise maßgeschneiderte medizinische Geräte wie Prothesen und Orthesen oder Medikamente herstellen lassen, hoffen viele Wissenschaftler, in den nächsten Jahren eine bessere Versorgung der Patienten anbieten zu können. Dafür sind jedoch einige Voraussetzungen notwendig.

In der ersten Welle von Covid-19 hatte die AP-HP nicht weniger als 60 3D-Drucker installiert. (Bild: LP/Olivier Arandel)

Ein wachsendes Öko-System

Wie man sich vielleicht denken kann, muss es sich um ein Projekt der Einrichtung handeln, damit der 3D-Druck in Krankenhäusern richtig integriert werden kann. Denn nur wenn das Management beschließt, sich voll zu engagieren, kann eine Abteilung für 3D-Technologien entstehen. Herr Louvrier blickt auf die Anfänge des 3D-Drucks am Universitätsklinikum Besançon zurück: „Wir stellten fest, dass viele Teams 3D-Technologien nutzten, aber jedes für sich. Wir haben der Direktion daher vorgeschlagen, diese Aktivität zu zentralisieren, indem wir uns aus regulatorischer Sicht an die Normen anpassen.“ Daraufhin richtete das Krankenhaus Räumlichkeiten ein und rüstete sich mit dedizierten Geräten aus, die den Standards für die Entwicklung von Medizinprodukten entsprachen. Seitdem sind Ultimaker und Formlabs 3D-Drucker im täglichen Einsatz, um den Ärzten zu helfen. Ein Vollzeit-Krankenhausingenieur kümmert sich darum.

Natürlich ist die Integration von Technologien wie selektivem Lasersintern oder sogar herkömmlichen Herstellungsmethoden für ein Krankenhaus viel komplizierter. Diese Art von Verfahren erfordert Räumlichkeiten, die zahlreichen Normen entsprechen, was für die Gesundheitseinrichtungen zu hohe Kosten bedeutet. Wenn ein implantierbares Teil wie eine Platte oder ein maßgeschneidertes Implantat benötigt wird, wenden sich die Krankenhäuser daher an die Industrie. Und selbst wenn eine Drittpartei zwingend erforderlich ist, ist der Herstellungsprozess schneller. Der Arzt und der Krankenhausingenieur können das Medizinprodukt selbst modellieren und senden die 3D-Datei an das Partnerunternehmen, das für die Konstruktion zuständig ist. Dank dieses neuen hybriden Arbeitsablaufs ist es möglich, schneller zu einem maßgeschneiderten und individuellen Medizinprodukt zu gelangen.

Krankenhäuser beauftragen auch externe Unternehmen (Bild: F3DF)

Grenzen der Integration des 3D-Drucks in Krankenhäusern

Dass der 3D-Druck heute noch nicht in allen Krankenhäusern integriert ist, liegt daran, dass es auch heute noch einige Hindernisse gibt. Die früher nur leicht angesprochene Regulierung ist die größte Herausforderung, die sich der additiven Fertigung entgegenstellt. Guigo erklärt: „Der regulatorische Aspekt und die Fähigkeit der Krankenhäuser, ihre eigenen Medizinprodukte auf zertifizierte Weise herzustellen, gehören zu den wichtigsten Einschränkungen. Man könnte auch die Tatsache erwähnen, dass wir selbst ein gedrucktes Medizinprodukt entwerfen, drucken und implantieren, was meiner Meinung nach sicherlich die Entwicklung ist, auf die wir hinarbeiten müssen.“

Gleichzeitig ist die Ausbildung in 3D-Technologien auch ein Hindernis für eine vollständige Demokratisierung des 3D-Drucks. Derzeit haben zu wenige Pflegekräfte die Möglichkeit, an Schulungen zur 3D-Technologie teilzunehmen. Aus diesem Grund wurde 2020 an der Université de Bourgogne Franche-Comté in Besançon ein Universitätsdiplom (DU) ins Leben gerufen, um dieses Problem zu beheben. Der Studiengang mit dem Titel „DU I3DC“ (3D-Druck in der Chirurgie) besteht aus theoretischen Kursen, in denen die verschiedenen Vorschriften erläutert werden, und praktischen Kursen, in denen die Studierenden lernen, 3D-Modelle zu erstellen und Teile zu drucken. Der DU steht Ingenieuren und Pflegekräften offen und soll die Technologie in Krankenhäusern, aber auch in der freien Wirtschaft verbreiten.

Auf dem Weg zu einer Demokratisierung der Technologie im Krankenhaus?

Während sich die additive Fertigung, wie wir sie kennen, immer weiter verbreitet, hält auch der Bio-Druck Einzug in die Universitätskliniken. In Marseille gab das französische Unternehmen Poietis, das sich auf die Entwicklung von Lösungen für den Bio-Druck spezialisiert hat, eine neue Partnerschaft mit dem Labor für Zellkulturen und Zelltherapie (LCTC) bekannt. Gemeinsam wollen die beiden Unternehmen der AP-HM (Assistance publique – Hôpitaux de Marseille) eine Plattform zur Verfügung stellen, die es ermöglicht, implantierbare biologische Gewebe zu entwerfen.

Langfristig ist es sehr wahrscheinlich, dass die Technologien in Krankenhäusern alltäglich werden. Das Potenzial der 3D-Technologien im Krankenhaus scheint aufgrund ihrer Vorteile, insbesondere in Bezug auf Kosten und Geschwindigkeit, immens zu sein. Vor knapp einem Jahr gab Samuel Guigo in diesem Zusammenhang zu, „dass ich noch keine Vorstellung davon habe, wie viele Einsatzmöglichkeiten das Drucken im Krankenhaussektor bietet“.

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*Titelbildnachweis : Formlabs