Kan additiv fremstilling forbedre sundhedsdiagnostisk teknologi?

Additiv fremstilling, med sine mange anvendelser i adskillige industrier, spænder fra fremstilling af brændstofdyser til flymotorer til reparation af brænderhoveder til gasturbiner. Den er kendt for sin holdbarhed, letvægtsegenskaber, geometriske optimeringsmuligheder og reduceret reparationstid samt andre konkurrencemæssige fordele.

Inden for sundhedssektoren har den opnået en betydelig tilstedeværelse. Bemærkelsesværdigt er historien om additiv fremstilling, eller 3D‑print, tæt forbundet med medicinsk videnskab i mange årtier.

Men før vi dykker dybere ned i potentialet for additiv fremstilling inden for sundhedsdiagnostisk teknologi, lad os først få en kort oversigt over additiv fremstilling. Vi vil undersøge dens definition og forstå dens afgørende rolle i udviklingen af medicinsk videnskab.

Additiv Fremstilling og Dens Historie inden for Medicinsk Videnskab

ASTM Society, tidligere kendt som American Society for Testing and Materials, definerer additiv fremstilling som “en proces, hvor materialer samles for at skabe objekter ud fra 3D‑modeldata, typisk lag for lag, i modsætning til subtraktive fremstillingsmetoder”.

Medicinsk videnskab har udnyttet 3D‑print siden slutningen af 1990’erne og begyndelsen af 2000’erne. Det har hjulpet med at producere tandimplantater og skræddersyede proteser. Disse produkter krævede patient‑specifik tilpasning og kunne ikke fremstilles i store mængder. 3D‑print opfyldte disse krav.

3D‑print har også hjulpet ortopædi ved at give ortopædkirurger mulighed for at skabe strukturer, der specifikt matchede og efterlignede en patients fysiologiske egenskaber. Tidligere havde sådanne patienter ingen andre muligheder end at nøjes med “én størrelse passer alle”-implantater. Fra implantater og proteser gik 3D‑print videre mod organiske efterligningsenheder.

I begyndelsen af 2000’erne udnyttede et forskerteam fra Boston Children’s Hospital “scaffolding”, en konstruktionsmetode, der gjorde det muligt at bygge erstatningsblærer manuelt af kollagen og syntetisk polymer. Metoden var dog tidskrævende og svær at reproducere. Den var også en dyr tilgang til organbygning. Til sidst kom additiv fremstilling ind på scenen for at hjælpe med at løse dette problem.

Forskere fra Wake Forest Institute for Regenerative Medicine udviklede efterhånden maskiner, der konsekvent kunne printe organer og væv til kliniske forsøg. Efter denne fremskridt gik en anden gruppe brasilianske forskere videre ved succesfuldt at bioprinte organoider. Disse organoider kunne udføre alle funktioner i den menneskelige lever, herunder syntese af proteiner, lagring af vitaminer og sekretion af galde. Disse miniaturelever var dog endnu ikke levedygtige som transplanterede erstatninger for rigtige menneskelige lever.

På dette tidspunkt fortsatte additiv fremstilling eller 3D‑print med at finde værdi inden for anvendt medicinsk videnskab, men anvendelsen var stort set begrænset til kliniske forsøg og laboratoriebaserede tests.

Det var naturligt for de involverede forskere og læger at overveje at udnytte additiv fremstilling til at forbedre sundhedsdiagnostisk teknologi, som har en betydelig global markedsstørrelse.

Klik her for listen over de bedste 3D‑bioprint‑aktier.

Det Globale Marked for Sundhedsdiagnostisk Teknologi

Markedet for sundhedsdiagnostisk teknologi har været i en ekspansionsfase. Væksten understreges af nylig forskning og en undersøgelse udført af Deloitte, som viser en betydelig stigning i antallet af amerikanske sundhedsforbrugere, der bruger diagnostisk teknologi til forskellige formål fra 2018 til 2022.

Specifikt steg andelen af forbrugere, der anvender wearables, apps, digitale assistenter og smarte enheder til at måle fitness‑ og sundhedsforbedringsmål, fra 42 % i 2018 til 49 % i 2022. Derudover steg andelen af personer, der bruger disse teknologier til at overvåge sundhedsproblemer, fra 27 % i 2018 til 34 % i 2022.

Ikke kun antallet af adoptioner er steget, men sundhedsdiagnostisk teknologi har også oplevet markant forbedrede tilfredshedsniveauer blandt forbrugerne. Blandt dem, der bruger disse enheder, erkendte 78 % en positiv indvirkning på deres adfærd. Samlet set udtrykte 85 % af forbrugerne komfort med at bruge diagnostiske tests til at vurdere deres helbred og sundhedsrisici.

Resultatet af de forbedrede kundetilfredshedsniveauer har positivt påvirket investor‑ og brancheinteressen for sundhedsdiagnostisk teknologi. I første halvdel af 2021 injicerede investorer næsten 15 milliarder USD i 372 digitale sundheds‑aftaler, en betydelig stigning sammenlignet med for et årti siden, hvor antallet var under 100 aftaler og kun 1,1 milliarder USD i investeringer.

I takt med denne positive brancheinteresse for sundhedsdiagnostisk teknologi har undersegmentet af additiv fremstillings‑applikationer også oplevet bemærkelsesværdige fremskridt. Et fremtrædende eksempel er udviklingen af on‑the‑spot 3D‑printede tests af forskere fra McGill University.

Lab‑on‑a‑Chip: Et 3D‑printet Gennembrud inden for Sundhedsdiagnostisk Teknologi

Forskere fra McGill University har opfundet en ‘lab‑on‑a‑chip’-diagnostisk teknologi, der kan være banebrydende. Chippen kan fremstilles ved 3D‑print på kun 30 minutter.

Professor David Juncker, leder af afdelingen for biomedicinsk ingeniørvidenskab på McGill og seniorforfatter til undersøgelsen, sagde, at teknologien vil hjælpe “individer, forskere og industrier med at udforske nye muligheder og anvendelser på en mere omkostningseffektiv og brugervenlig måde.”

Innovationen i sin anvendte form kan hjælpe med at skalere op og fremskynde diagnostisk testning ved at udstyre sundhedsprofessionelle med mulighed og evne til at “skabe skræddersyede løsninger til specifikke behov direkte ved patientens side.”

Hvordan fungerer Lab‑on‑a‑Chip?

Forskerne udviklede kapillære chips med potentiale til at fungere som miniaturelaboratorier. I modsætning til computer‑mikroprocessorer er disse kapillære chips engangs‑ og fungerer uden ekstern strømkilde. Processen faciliteres af en simpel papirstreg, der udnytter kapillær handling, ligesom køkkenrulle absorberer væskespild på et bord.

I denne metode er perifere enheder ikke nødvendige, som det er tilfældet ved traditionelle diagnostikker. De kapillære chips, der anvendes i denne metode, er 3D‑printbare og kan bruges til en række tests, herunder kvantificering af COVID‑19‑antistoffer.

3D‑Print for Omkostningseffektive Metoder til Sygdomsdetektion

Forskere fra MIT har fundet en anden additiv fremstillings‑ eller 3D‑print‑drevet løsning til at skabe billige og præcise værktøjer til sygdomsdetektion. I dette tilfælde udnytter forskerne 3D‑print til at producere selv‑varmende mikrofluidiske enheder.

Mikrofluidik refererer til brugen af miniaturemaskiner, der kan manipulere væsker og lette kemiske reaktioner. Teknologien betragtes som en potentiel game‑changer, da den kan opdage sygdomme i små prøver af blod eller væsker.

Mikrofluidik er allerede i brug inden for diagnostik. Dog kræver de ofte en kompliceret og dyr fremstillingsproces, som er svær at skalere op.

MIT‑teamets løsning udnytter multi‑materiale 3D‑print til at skabe selv‑varmende mikrofluidiske enheder. Disse enheder har indbyggede varmeelementer.

Processen kræver kun én enkelt og billig fremstillingsproces. Teknologien er meget tilpasselig, og den lavpris fremstillingsproces kræver kun omkring 2 USD i materialer for at producere en klar‑til‑brug mikrofluidik.

Med fortsat forskning inden for dette område har mange virksomheder besluttet at tage additiv fremstilling ud over laboratoriernes rammer og gøre den anvendelig i stor skala. Vi vil nu se på nogle af disse virksomheder og deres løsninger.

1. Allevi

Allevi, et firma kendt for sine bioprint‑løsninger inden for 3D‑vævs‑ingeniørkunst, organ‑on‑chip‑forskning, lægemiddelforsøg, biomaterialeudvikling og regenerativ medicin, hævder at betjene hundredvis af laboratorier verden over. Ud over dette tilbyder de også et omfattende sortiment af additiv fremstillingsprodukter, som styrker sundheds‑ og diagnostikområdet. Deres produktudvalg omfatter bioprint‑software, bio‑ink, tilsætningsstoffer, celler, reagenser og forbrugsvarer.

Bemærkelsesværdigt producerer Allevi nogle af de mest teknologisk avancerede bioprintere. Deres Allevi 3‑bioprintere er specifikt designet og optimeret til forskning inden for forskellige områder såsom vævs‑ingeniørkunst, materialvidenskab, regenerativ medicin, sygdomsmodellering, 3D‑kultur, mikro‑fysiologiske systemer, lægemiddellevering og mere. Derudover leverer firmaet tjenester som skræddersyede bioprintere til diverse projekter, herunder cellefri scaffolds, organ‑on‑a‑chip, vaskulære udskrifter og multi‑materiale udskrifter.

Allevi er nu en del af 3D Systems Corporation (DDD ) (NYSE:DDD). I 2022 rapporterede virksomheden en samlet årsomsætning på $538.031.000, hvilket svarer til et fald på 12,6 % i forhold til 2021‑omsætningen på $615.639.000. Derudover registrerede den et nettotab på $122.711.000, hvilket svarer til et udvandet tab pr. aktie på $0,96 og et udvandet non‑GAAP‑tab pr. aktie på $0,23 for året 2022.

2. EOS

EOS leverer et bredt udvalg af 3D‑printløsninger til medicinsk teknologi, der imødekommer både skræddersyede og optimerede produktionsparadigmer. Virksomhedens industrielle 3D‑printløsninger til ortoser og proteser gør det muligt for producenter at overholde strenge kvalitets‑ og certificeringsstandarder, samtidig med at de bevarer individuel designfrihed og styrer omkostninger.

Inden for tandteknologi hjælper EOS’s 3D‑printløsninger laboratorier og serviceudbydere med at levere konsekvent produkter af høj kvalitet. Desuden er EOS’s 3D‑printteknologi dygtig til at skabe et bredt udvalg af overfladestrukturer. Denne evne er især gavnlig for processer som osseointegration, der muliggør integration mellem levende knoglevæv og overfladen af knogleimplantater. EOS’s 3D‑printteknologi spiller også en afgørende rolle i optimeringen af komponenter til laboratorieudstyr og diagnostisk billeddannelsesapparatur.

Det gavner serviceudbydere med værktøjsfri produktion, som hjælper med at reducere samlingsomkostninger. Løsningerne har fleksible design‑ og funktionelle integrationsegenskaber. Desuden accelererer EOS’s 3D‑printteknologi udviklingscyklusserne og reducerer time‑to‑market‑perioden.

Transworld Systems erhvervede EOS

3. GE Additive 

GE Additive hjælper med at anvende additiv fremstilling inden for medicinsk videnskab med produktbaserede løsninger og 3D‑printmaskiner. Dens EBM‑proces for acetabulære kopper erstatter traditionelle belægninger med tredimensionale gitterstrukturer, hvilket forbedrer den indledende forankring og muliggør hurtigere fusion og knoglevækst.

Dens gitterstrukturer er designet til en klinisk optimeret porstørrelse på 650 mikrometer. GE Additive fremstiller også certificerede, højtydende pulvere til ortopædiindustrien med høj sfæricitet, lav porøsitet, minimal satellitindhold samt førsteklasses flydeegenskaber og pakkedensitet.

GE leverer også additiv fremstillingsmaskiner. Dens Arcam EBM Q10 plus er optimeret til seriel produktion af ortopædiske implantater. Concept Laser M2 Series 5 hjælper med at opretholde konsistens og producere gentagelige, højkvalitetsdele i stor skala. Concept Laser Mlab‑familien af instrumenter er egnet til hurtig og effektiv produktion af dele med høj overfladekvalitet.

For Q3 2023 rapporterede GE en omsætning på 17,3 milliarder USD.

Fremtiden for Additiv Fremstilling i Sundhedsdiagnostik

Vi har allerede set forskere fra de førende universiteter verden over arbejde på innovationer inden for additiv fremstilling. Disse innovationer vil uden tvivl gøre sundhedsdiagnostik mere tilgængelig, mindre perifær og forbrugsintensiv, hurtigere og lettere at implementere. Ud over de virksomheder, vi allerede har nævnt, arbejder mange andre innovative virksomheder på at skalere 3D‑printløsninger inden for health‑tech og med‑tech.

For eksempel tilbyder det belgiske 3D‑printfirma Materialise 3D‑printsoftware til forskere og kirurger, personlige kirurgiske guider og andre point‑of‑care‑værktøjer. Det sælger også tilpasselige ortopædiske løsninger, herunder skulder‑, acetabulære hofte‑ og kranio‑maxillofaciale implantater.

Det i Minnesota‑baserede Stratasys tilbyder 3D‑printkapaciteter til kirurgisk planlægningsmodeller, træning og uddannelse af sundhedsprofessionelle, prototyping af medicinsk udstyr og tandimplantater.

Et synergistisk samarbejde mellem forskere, videnskabelige institutioner, læger, kirurger og fremstillingsvirksomheder vil hjælpe med at udnytte additiv fremstilling eller 3D‑print yderligere til gavn for sundhedsdiagnostik.

Klik her for listen over de ti bedste aktier inden for additiv fremstilling og 3D‑print, som du bør holde øje med.