Kan 3D-utskrift forbedre diagnostikken i helsevesenet?

Additiv tilvirkning brukes blant annet til drivstoffdyser i flymotorer og komponenter i turbiner. Metoden kan gi lette, komplekse strukturer og støtte reparasjon. Holdbarhet, kostnad og produksjonstid avhenger av materialer og prosess.

Også i helsevesenet har additiv tilvirkning, eller 3D-utskrift, vært brukt i flere tiår.

For diagnostikk er det viktig å skille mellom medisinsk utstyr som allerede er i bruk, og biologiske vev og testsystemer som fortsatt er under utvikling.

Additiv tilvirkning i medisinen

ASTM Internationals definisjon beskriver additiv tilvirkning som å lage gjenstander fra tredimensjonale modelldata ved å føye sammen materiale, vanligvis lagvis. Dette skiller seg fra materialfjernende metoder som maskinering.

3D-utskrift brukes blant annet i tannbehandling, proteser og pasienttilpassede løsninger. Den kan brukes både til individuelle produkter og til visse former for serieproduksjon. Det er ikke slik at alle disse produktene var umulige å fremstille med andre metoder.

I ortopedien kan bildedata hjelpe med å lage former som passer pasientens anatomi. Standardimplantater og andre tilpasningsmetoder har også eksistert; pasientene hadde ikke tidligere bare ett alternativ som skulle passe alle. Fremstilling av levende vev er et eget forskningsområde.

Tidlig vevsteknologi for urinblæren brukte støttestrukturer av kollagen og syntetiske polymerer med pasientens egne celler. Boston-gruppens første pasientinngrep fant sted i 1999, og resultatene ble rapportert i 2006. En håndlaget, cellebesådd struktur er ikke det samme som et helt 3D-bioprintet organ.

Wake Forests ITOP-arbeid viste øre-, bein- og muskelstrukturer som ble undersøkt i dyr. Det var ikke rutinemessig utskrift av hele organer til mennesker. Brasilianske forskere fremstilte leverorganoider med enkelte leverfunksjoner i laboratoriet. De var ikke fullverdige levertransplantater som kunne erstatte en menneskelever.

Medisinsk 3D-utskrift må skilles fra utskrift av levende organer. Implantater, kirurgiske føringer og ytre proteser finnes i kommersiell bruk. Hele levende organer til transplantasjon er fortsatt et forskningsområde.

I diagnostikk undersøkes blant annet små væskekanaler og analyseutstyr nær pasienten. Selve fremstillingsmetoden beviser ikke at en test er presis eller klinisk klar.

Se oversikten over aksjer knyttet til bioprinting.

Digitale helseverktøy og diagnostikk

Artikkelen fra 2023 viste til en tidligere undersøkelse og analyse fra Deloitte. Slike undersøkelser beskriver hva amerikanske respondenter oppgir om bruk og holdninger. De måler ikke alene verdensmarkedet for diagnostikk eller andelen som gjelder 3D-utskrift.

Deloittes publiserte analyse viste til 4 545 amerikanske voksne i undersøkelsen fra 2022. Av dem brukte 49 % kroppsnære eller andre smarte enheter til å måle trening og helseforbedring, mot 28 % i 2015. Tall for forskjellige bruksområder må ikke blandes med virtuelle legebesøk eller diagnostiske tester.

Selvrapportert positiv atferdsendring er ikke dokumentasjon på bedre kliniske resultater eller målenøyaktighet. Analysens 85 % gjaldt vilje til å bruke en gentest for å undersøke helserisiko, ikke en generell godkjenning av alle diagnostiske tester.

De nær 15 milliardene dollar og 372 finansieringsrundene i første halvår 2021 som originalartikkelen nevnte, gjaldt den brede digitale helsesektoren. Det var ikke bare diagnostikk eller 3D-utskrift. Sammenligningstallet på 1,1 milliarder gjaldt et tidligere helt år. Undersøkelsen viser ikke at kundetilfredshet forårsaket investeringsveksten.

Et konkret forskningseksempel er McGill Universitys utvikling av 3D-utskrivbare kapillærbrikker.

Et lite laboratorium på en brikke

McGill presenterte i november 2023 en kapillærbrikke som kunne skrives ut på rundt 30 minutter. Tiden gjelder fremstillingen, ikke hele prøvehåndteringen eller tiden frem til en diagnose. Testing nær pasienten var en mulig fremtidig anvendelse.

David Juncker, som ledet McGills institutt for biomedisinsk teknologi og var seniorforfatter, så muligheter for rimeligere og mer brukervennlig utvikling av testsystemer.

Målet var at helsepersonell etter hvert kunne lage løsninger for bestemte behov nær pasienten. Nødvendige testmaterialer, dokumentert ytelse og regulatoriske godkjenninger var fortsatt utfordringer.

Hvordan fungerer kapillærbrikken?

Engangsbrikken styrer små væskemengder ved kapillærvirkning. En papirstrimmel trekker væske gjennom systemet, omtrent som et tørkepapir suger opp søl. Selve væsketransporten trenger ingen ekstern pumpe. Det betyr ikke at utskrift eller alle former for avlesning krever null strøm.

Forskerne demonstrerte blant annet kvantitering av antistoffer mot SARS-CoV-2. Det er ikke det samme som direkte påvisning av virus eller diagnose av en aktiv covid-19-infeksjon. Behovet for reagenser og avlesningsutstyr avhenger av testen, selv om noe periferiutstyr kan unngås.

Trykte varmeelementer i mikrofluidikk

MIT-forskere utviklet en annen løsning basert på 3D-utskrift for mikrofluidiske enheter med innebygde varmeelementer. Det var et forskningsarbeid, ikke en ferdig godkjent test som kunne påvise alle sykdommer.

Mikrofluidikk handler om å håndtere små væskemengder i kanaler. Teknologien kan brukes til kjemiske reaksjoner og målinger, blant annet i diagnostikk med blod eller andre prøver.

Enkelte mikrofluidiske prosesser krever presis temperaturstyring. Tradisjonell produksjon og separate varmeelementer kan være kostbare, men behov og kostnader varierer med oppgaven.

MIT skrev ut væskekanaler i PLA og en elektrisk varmemotstand i PLA tilsatt kobberpartikler i samme produksjonstrinn. Oppvarmingen skyldes elektrisk strøm. Selvoppvarmende betyr derfor ikke at enheten er uten energikilde.

Anslaget på omtrent to dollar gjaldt materialer, ikke skriveren, arbeid, strøm, reagenser eller hele pasienttesten. Prototypen varmet væsken rundt fire grader. PLA-materialets temperaturgrense på cirka 50 °C og manglende integrert temperatursensor begrenset bruken. Mange PCR-trinn krever omkring 90 °C og dermed videre utvikling.

Selskapene nedenfor tilbyr utstyr, materialer eller programvare. Ikke alle produktene er diagnostiske tester, og forskningsbruk betyr ikke automatisk klinisk godkjenning.

1. Allevi

Allevi tilbyr bioprinting for forskning på vevsteknologi, sykdomsmodeller, legemidler, biomaterialer og regenerativ medisin. Sortimentet omfatter programvare, bioblekk, celler, reagenser og forbruksvarer. Organ-on-a-chip er en modell av bestemte organfunksjoner, ikke et helt organ for transplantasjon.

Allevi 3 er beregnet på forskning innen blant annet materialer, tredimensjonal cellekultur, vevsmodeller og legemiddellevering. Spesialtilpassede utskrifter kan være cellefrie støttestrukturer, karstrukturer og konstruksjoner av flere materialer.

Allevi er del av 3D Systems Corporation (DDD ). I årsresultatet for 2022 oppga morselskapet 538,031 millioner dollar i omsetning, ned 12,6 % fra 615,639 millioner i 2021. Nettotapet var 122,711 millioner dollar, utvannet tap per aksje 0,96 dollar og justert ikke-GAAP-tap 0,23 dollar per aksje. Tallene gjelder morselskapets historiske år, ikke Allevi alene.

2. EOS

EOS GmbH leverer industrielle 3D-utskriftssystemer for metaller og plast. Produsenter av ortoser, proteser og andre medisinske deler kan bruke designfriheten, men må dokumentere materialer, kvalitet og godkjenninger for den bestemte bruken.

I tannbehandling og ortopedi kan metoden lage komplekse overflater. Osseointegrasjon betyr at beinvev fester seg til implantatoverflaten. En trykt struktur kan støtte dette, men hvert produkt må vurderes klinisk. Metoden brukes også til deler i laboratorie- og bildeutstyr.

Additiv tilvirkning kan redusere behovet for egne former og integrere funksjoner i samme del. Alt verktøy eller etterarbeid forsvinner likevel ikke, og lavere kostnad eller raskere utvikling følger ikke automatisk.

Den opprinnelige bedriftsprofilreferansen blandet sammen ulike EOS-selskaper. EOS GmbH er en familieeid 3D-utskriftsleverandør i Krailling i Tyskland. EOS North America, som Transworld Systems kjøpte i desember 2021, arbeidet med innkreving og fordringsforvaltning. Det var ikke denne produsenten av 3D-skrivere.

3. GE Additive (nå Colibrium Additive) 

GE Additive ble omdøpt til Colibrium Additive i april 2024 som en del av GE Aerospace. Elektronstrålesmelting, EBM, kan lage porøse gitterstrukturer til kopper i hofteskålen. Slike strukturer kan støtte mekanisk feste og innvekst av bein, men garanterer ikke raskere tilheling for alle pasienter.

Porestørrelsen på 650 mikrometer i den eldre produktbeskrivelsen gjaldt en bestemt struktur, ikke alle implantater. Pulverets rundhet, porøsitet, flyteegenskaper og små partikler festet til større korn påvirker produksjonen.

Selskapet leverer også maskiner for additiv tilvirkning. Q10plus brukes blant annet til ortopediske implantater, mens M2 Series 5 og Mlab er andre systemer for metalldeler. Arcam EBM og Concept Laser var de eldre merkenavnene; merkenavnsbruken ble endret i 2024.

For tredje kvartal 2023 oppga det daværende GE-konsernet en omsetning på 17,3 milliarder amerikanske dollar. Dette var et historisk konserntall for kvartalet, ikke Colibrium Additives eller GE HealthCares separate omsetning. Det gyldige GE-diagrammet gjelder dagens børsnoterte selskap, så konsernstrukturen på ulike tidspunkter må skilles.

Fremtiden for additiv produksjon i diagnostikk innen helsevesenet

3D-utskrift kan gjøre fremstillingen av enkelte diagnostiske enheter mer fleksibel. Raskere, rimeligere og mer tilgjengelig testing er likevel ikke garantert av en prototype. Pålitelighet, materialer, avlesning, godkjenninger og produksjonskjeden er avgjørende.

Belgiske Materialise tilbyr programvare, pasienttilpassede kirurgiske føringer og implantatløsninger for blant annet skulder, hofteskål, hodeskalle, kjeve og ansikt.

Selskapet Stratasys tilbyr modeller til operasjonsplanlegging og opplæring, prototyper av medisinsk utstyr samt tannmodeller og kirurgiske føringer for implantatplassering. En modell eller boreføring er ikke det samme som selve implantatet som settes inn i kroppen.

Samarbeid mellom forskere, helsepersonell og produsenter kan bidra til å flytte egnede metoder fra forskning til praksis. Teknisk og klinisk modenhet må vurderes for hvert produkt.

Se oversikten over aksjer innen additiv tilvirkning og 3D-utskrift.