У 1990 році Фрід Ванкраен відвідав німецький торговельний ярмарок, де його захопила демонстрація 3D-принтера.

Він був настільки вражений, що придбав один для своєї нової компанії Materialise. Через два роки, за підтримки європейського фінансування, він разом зі своїм стартапом вирушив у подорож, яка назавжди змінить світ медицини, а також 3D-друку.

Ванкраен і Materialise стали піонерами у використанні 3D-друку в медичних цілях, співпрацюючи з партнерами з Німеччини та Великої Британії.

Вони вперше почали виробляти точні та відчутні моделі кісток і органів людини на основі медичних зображень, що надзвичайно допомогло хірургам, які планували складні втручання. «Вже тоді ми були переконані, що 3D-принтери змінять світ медицини», – коментує він.

Після того, як Materialise перетворилася з університетського дослідницького проєкту на багатонаціональну корпорацію, Ванкраен залишив посаду виконавчого директора у 2024 році, щоб очолити її як голова правління.

Проте він досі чітко пам'ятає хвилювання від початку нової пригоди, щоб випробувати свої ідеї понад тридцять років тому.

Поштовхом до початку цього шляху став європейський грант на дослідницький проєкт PHIDIAS.

Він тривав три роки, до кінця 1995 року, і був зосереджений на виробництві точних медичних моделей на основі покращених медичних зображень, зокрема комп'ютерної томографії (КТ).

«Звичайно, я пам'ятаю!», – вигукує Ванкраен у відповідь на запитання. «Я був керівником проєкту, склав пропозицію (щодо фінансування) і зібрав усіх партнерів».

До них увійшли компанія Imperial Chemical Industries з Великої Британії, фармацевтичний підрозділ якої став незалежною компанією Zeneca у 1993 році, а також Siemens, промисловий гігант з Німеччини, який займався виробництвом пристроїв для медичної візуалізації, та Левенський католицький університет у Бельгії.

Materialise почала свою діяльність як підрозділ Левенського католицького університету, а зараз налічує близько двох тисяч працівників. Крім того, її акції котируються на біржі Nasdaq у Нью-Йорку. Водночас 3D-друк став фундаментальною основою хірургічної допомоги. 3D-принтери часто використовуються для створення імплантатів, протезів і моделей тіла пацієнта, на яких хірурги можуть практикуватися.

Однак, коли було створено Materialise, ця технологія тільки зароджувалася, і були сумніви щодо того, наскільки корисною вона може бути і чи зможуть лікарі використовувати її для лікування реальних пацієнтів. Справжня робота почалася 1 січня 1993 року, менш ніж через три роки після заснування компанії. «Це були роки нашого стартапу», – розповідає Ванкраен. «Ми були командою з близько двадцяти осіб».

Від скибочок шинки до спірального сканування

Для команди Ванкраена пріоритетом було покращення медичної візуалізації. «Зробити КТ тоді було як нарізати скибочки шинки», – згадує Ванкраен. «Для сканування апарат робив знімок одного шару тіла пацієнта, а потім переміщувався на кілька сантиметрів, щоб відсканувати інший, ніби нарізаючи скибочки шинки».

«Якщо пацієнт рухався, навіть мінімально, зображення вже мало проблеми», – каже Ванкраен, маючи на увазі так звані артефакти, випадкові візерунки або спотворення на зображеннях. 3D-друк потребує точних зображень тіла пацієнта. Якщо, наприклад, планується надрукувати на 3D-принтері імплантат, який повинен ідеально підійти, потрібне точне зображення тіла людини. Артефакти на сканері зрештою призведуть до медичних проблем і дискомфорту у пацієнтів.

Тому команда Materialise змінила метод скибочок шинки на спіральне сканування КТ. «Нам вдалося сканувати пацієнта одним рухом», – зазначає Ванкраен. «КТ рухався по спіралі навколо пацієнта».

Ще одну перешкоду було подолано, коли Zeneca, яка пізніше об'єдналася зі шведською фармацевтичною компанією Astra, утворивши AstraZeneca, розробила сумісний з людським тілом полімер, який можна друкувати на 3D-принтері. Це дозволило замінити старіші полімери, які часто були токсичними для людей і не могли використовуватися в імплантатах.

Краще ходити, ніж бігати

Materialise принесла свою технологію в університетську лікарню Левена, у своєму рідному місті, оскільки хотіла розширити свою новаторську техніку. Саме там вони перевірили, чи справді 3D-друк може принести користь хірургам, і співпрацювали з приблизно тридцятьма хірургами з Бельгії, Франції, Німеччини та Сполучених Штатів.

«Ми провели наше перше реальне клінічне дослідження 3D-друку в системі охорони здоров'я», – розповідає Ванкраен. Зокрема, вони допомогли хірургам підготуватися до складних втручань. Їх команда використовувала лазерну стереолітографію, технологію, яка друкує складні та точні моделі пошарово. Вона працює з ультрафіолетовим лазером на смолі з великих молекул, чутливих до цього типу світла, за допомогою програмного забезпечення для автоматизованого проєктування.

Вони створили моделі органів і частин тіла, придатні для 3D-друку, з якими могли працювати хірурги, завдяки їхнім новим сканерам, які могли надавати кращі медичні зображення. Таким чином, хірурги могли підготуватися до того, що вони можуть знайти всередині тіла пацієнта, і скоригувати свій спосіб роботи.

«У багатьох випадках нам вдалося зменшити кількість операцій, яких потребував пацієнт», – коментує Ванкраен. «Була людина, якій було заплановано три операції, і завдяки нашій технології хірург зміг краще їх спланувати та завершити процедуру за одне втручання, що значно зменшило вплив на її тіло».

PHIDIAS – це команда, яка заклала основу для майбутніх досягнень у 3D-друку в медицині, поєднавши покращення як сканування, так і друку. «Нам потрібно було навчитися ходити, перш ніж навчитися бігати», – каже Ванкраен. «З PHIDIAS ми навчилися ходити».

Трамплін у майбутнє

Одним із дослідників Materialise, який зараз може бігати, є Роел Вірікс-Спітьєнс, директор медичних досліджень. Він відповідає за розробку нових рішень на основі роботи дослідників PHIDIAS.

«PHIDIAS створив наш медичний підрозділ», – стверджує він. «З тих пір ми поставили, наприклад, понад 400 000 індивідуальних інструментів для коліна, чим я дуже пишаюся», – пояснює він, маючи на увазі допоміжні елементи, які дозволяють хірургам працювати більш точно.

В одному проєкті Materialise вдалося створити детальну 3D-модель легенів пацієнта, яка містила бронхіальне дерево, частки та сегменти кожної легені. Ця модель допомагає хірургам, які повинні видалити рак легенів, оскільки дозволяє їм визначити, де саме знаходиться пухлина.

«Таким чином, вони видаляють менше здорової легеневої тканини», – коментує Вірікс-Спітьєнс. «Все це робить відновлення пацієнта набагато менш складним». Однак вони також продовжують розробляти нові технології 3D-друку. Materialise розробила різні способи покращення лицьової хірургії, серед інших сфер.

Раніше, якщо пацієнт страждав, наприклад, від травми, яка деформувала його обличчя, хірургам доводилося використовувати стандартні імплантати для заміни пошкодженої кістки та тканини та вручну згинати ці імплантати під час операції, щоб вони відповідали решті структури обличчя.

«Сьогодні ми друкуємо на 3D-принтері імплантати, виготовлені на замовлення для кожного пацієнта», – повідомляє Вірікс-Спітьєнс. «Ми скануємо обличчя нашими 3D-принтерами, щоб створити складні імплантати, щоб хірурги могли відновити структуру обличчя пацієнта». Це лікування тепер може бути адаптовано до потреб кожної людини. PHIDIAS був ключовим кроком до того, щоб це стало можливим, і все ще пропонує неймовірні можливості для майбутнього.

«Ми займаємося лише цією діяльністю вже понад 34 роки», – зазначає Ванкраен. «Я не знаю, де ми опинимося».

Дослідження, описані в цій статті, були профінансовані Рамковою програмою ЄС. Думки опитаних не обов'язково відображають точку зору Європейської комісії.

Стаття вперше опублікована в Horizon, журналі з досліджень та інновацій Європейського Союзу.