Настоящее будущее: как 3D-принтеры меняют медицину

Фото: Алексей Житомирский

Опубликовано в журнале РБК №1 за 2016 год

Основатель «Здравпринта», выпускник социологического факультета МГУ Федор Аптекарев несколько лет занимался видеомэппингом — проецированием 3D-изображений на реальные объекты (часто используется как часть различных шоу), пока в 2012 году не наткнулся на технологию 3D-печати. Поэкспериментировав с личным 3D-принтером год, Аптекарев решил в марте 2013-го сделать на этом бизнес. Начал с ортезов — внешних приспособлений для изменения структурных и функциональных характеристик мышц или скелета человека. Заядлый скейтбордист, Аптекарев не раз был пациентом травмпунктов и знал, что традиционный гипс не всегда удобен и эффективен.

По оценкам ФГУ ЦИТО им. Н.Н. Приорова, ежегодно в России фиксируется около 1,5 млн переломов, требующих наложения гипса. Примерно в трети случаев пациенты испытывают неудобства, связанные с гигиеной и зудом, в результате около 350 тыс. из них снимают гипс раньше времени. Если в случае хотя бы 100 тыс. переломов вместо гипса будут использовать ортезы «Здравпринта», компания может получить выручку в несколько сотен миллионов рублей, посчитал Аптекарев.

В отличие от гипса ортезы «Здравпринта» имеют сетчатую структуру, это исключает появление пролежней, и выглядят привлекательно — можно даже выбрать цвет, рассказывает Аптекарев. Ближе всего по функциональным свойствам к продукции «Здравпринта» материалы софткаст (разработчик 3M, США) и турбокаст (Т Таре Company, Нидерланды). Первый представляет собой полимерный гипс (бинты, пропитанные смолой, которая отвердевает в течение 10–15 минут и требует быстрого наложения), второй — низкотемпературный пластик, который продается в типовых размерах и требует подгонки под каждого конкретного пациента.

С идеей удобных ортезов Аптекарев весной 2014 года по приглашению одного из менторов попал в акселерационную программу Yandex Tolstoy Startup Camp. Через завязавшиеся там знакомства Аптекарев вышел на Алексея Цуканова, работавшего в венчурном фонде под управлением Da Vinci Capital. Цуканов стал сооснователем «Здравпринта» и возглавил компанию. На старте партнеры вложили около $50 тыс. собственных средств. Деньги пошли на разработку оборудования и программного обеспечения. Весной 2015 года проект привлек $100 тыс. от венчурного фонда Maxfield Capital. Сейчас 100% «Здравпринта» принадлежит Zdravprint Ltd (Британские Виргинские острова), доли в которой не раскрываются.

Ортез за 20 минут

Изначально предприниматели планировали проводить 3D-сканирование конечности человека и затем на основе модели изготавливать изделия, но это оказалось слишком дорого и долго. Тогда в «Здравпринте» написали программу, позволяющую строить 3D-модель будущего ортеза по линейным параметрам (измеренным обычной линейкой) или по фотографии. Выпускать изделия решили из низкотемпературных органических пластиков (полилактидов, получаемых из кукурузы и молока).

«Здравпринт» использует 3D-принтер Makerbot Replicator 2 (на официальном сайте производителя такой можно купить за €2140), усовершенствовав экструзионный механизм серийного аппарата.

Технология работы выглядит так: врач снимает мерку с пациента, отправляет ее в головной офис «Здравпринта». Там с помощью программ, которые компания уже защитила, строится 3D-модель будущего изделия. Сам ортез может быть напечатан на 3D-принтере в Москве (и доставлен в клинику в течение нескольких часов) или в самой клинике (например, в Нижнем Новгороде). Врач получит плоскую заготовку ортеза, которую необходимо будет в течение нескольких минут нагреть под струей теплого воздуха и наложить на место перелома.

По словам Цуканова, модель ортеза в «Здравпринте» сейчас строится за несколько минут, а на печать изделия нужно от пяти минут (маленькое, на палец) до 1,5–2 часов (большие ортезы на предплечья). Ортез от «Здравпринта», например, на палец стоит 800–1200 руб., а изготовленный промышленным способом из турбокаста с установкой обойдется в 8 тыс. руб. Крупные изделия от «Здравпринта» стоят 3,5–4 тыс. руб. против 12 тыс. руб. из турбокаста (все цены на изделия из турбокаста — с сайта одной из московских клиник; наложение гипса по ОМС — бесплатно).

В ноябре 2015 года «Здравпринт» изготовил всего 100 изделий на сумму в несколько сотен тысяч рублей, но эти цифры растут на 50% каждый месяц с августа 2015 года, когда проект заработал по платной модели, говорит Цуканов. Если темпы роста сохранятся на уровне 30–50% в месяц, компания выйдет на окупаемость через 11 месяцев, ожидает он.

Пока со «Здравпринтом» сотрудничают несколько медицинских учреждений и частных врачей (всего — 40 клиентов), а технология компании не позволяет изготавливать все виды ортезов. Роман Горбатов, заведующий лабораторией аддитивных технологий Приволжского федерального медицинского исследовательского центра Минздрава России (ПФМИЦ, Нижний Новгород), говорит, что сотрудничество со «Здравпринтом» началось по инициативе компании. «Нам понравились их технологии, поскольку они позволяют работать со сложными случаями, особенно у детей, — рассказал он РБК, — но о полной замене гипсовой повязки ортезами пока говорить рано».

Директор реабилитационно-ортопедического центра «Орто-Космос» Степан Головин говорит, что в качестве пилотного проекта «Здравпринт» изготовил для них косметические ортезы на протезы, но пока сотрудничество не продолжилось. «Они сделали яркое изделие, которое понравилось нашим клиентам, но возникли проблемы в эксплуатации», — объясняет Головин. «Мы сами изготавливаем капы, но технологии «Здравпринта» помогают нам делать это эффективно, — рассказывает Ирина Дмитриенко, медицинский директор лаборатории 3D Smile, специализирующейся на изготовлении прозрачных кап для исправления прикуса и выравнивания зубов. — Для нас они совмещают данные компьютерной томографии и 3D-модели зубов пациента, чтобы мы могли правильно рассчитать усилия по перемещению зубов». Правда, 3D-сканеры пока недоступны большинству стоматологов, а использование 3D-печати делает услуги дороже, признает она.

Не только ортезы

Еще в 2011 году пациентке в Нидерландах была пересажена нижняя челюсть, отпечатанная на 3D-принтере. А в 2013 году компания Oxford Performance Materials сообщила, что американское Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов одобрило отпечатанный на 3D-принтере полимерный имплант черепной коробки (позже управление одобрило также лицевые и спинальные импланты).

«Сейчас мы используем для печати металлический порошок. Чтобы напечатать органическую кожу и кости, в качестве «чернил» потребуется органический материал. Технически это возможно, но до этого еще предстоит долгий путь», — цитировало в 2011 году BBC Рубена Ваутле, инженера компании LayerWise, изготовившей имплант челюсти. В 2015 году группа китайских ученых из Южного медицинского университета в Гуанчжоу объявила, что готова приступить к тестированию на животных уже органических костей, отпечатанных на 3D-принтере из костного порошка и биоклея. Ученые экспериментируют с созданием костей коз и кроликов, но пока не могут получить образцы больше 15 см. Если испытания будут успешны, отпечатанные на 3D-принтере кости могут быть доступны через пять-шесть лет, пишет отраслевой сайт 3ders.org со ссылкой на президента китайского университета Хуана Вэньхуа.

Экспериментирует в этой области и «Здравпринт», правда, пока с печатью форм для создания имплантов из биополимера, а не самих костей. В августе 2015 года в ПФМИЦ с помощью технологий «Здравпринта» и 3D-принтера был изготовлен костный имплант большого размера. С помощью технологий компании была создана 3D-модель кости, а на 3D-принтере была напечатана матрица (ванночка), позволяющая отлить кость из биополимера.

«Классическая» технология предусматривает использование титановых пластин или сеток, которые вручную покрываются костным цементом. Но изготовление пластины занимает от нескольких недель до полугода и стоит 60–80 тыс. руб. А костный цемент жидкий и растекается, поэтому не позволяет устранять большие костные дефекты, объясняет Цуканов. По технологии ПФМИЦ и «Здравпринта» кость сначала отливают, а потом вставляют в нужное место, позволяя избежать проблемы с цементом, объясняет он. С технологией «Здравпринта» создание матрицы для отливки кости заняло не больше 48 часов с момента получения данных томографии и описания врача и обошлось немногим дороже 15 тыс. руб., утверждает Цуканов. Горбатов называет еще один плюс новой технологии — точность в 100 микрон. По его словам, традиционным методом такую не получить.

С августа «Здравпринт» уже выполнил восемь подобных заказов с применением 3D-печати, сообщает Цуканов. «В России 945 тыс. человек ожидают операции по удалению опухолей костей, а 2 млн человек имеют постоперационные дефекты черепа», — описывает перспективы Горбатов.

Большие перспективы

3D-печать уже активно используется в медицинских целях в Европе и США, рассказывает член комитета по стратегии компании «Инвитро» Дмитрий Фадин, который консультирует «Здравпринт». Два главных направления — подготовка к сложным операциям, когда на 3D-модели отрабатываются будущие манипуляции, и изготовление слепков челюсти в зуботехнических лабораториях.

«Мы активно используем 3D-технологии при хирургических операциях, — рассказывает Николай Загородний, доктор медицинских наук, завкафедрой травматологии и ортопедии медицинского факультета РУДН. — Очень часто бывают сложные случаи, при которых нельзя полагаться только на картинки МРТ и рентгена, а нужно увидеть физический объект».

Фадин считает главной проблемой проекта «Здравпринт» консервативность медицинской среды. «Насколько я знаю, работа с врачами у них движется очень медленно. Большинство медиков готовы использовать новые технологии, только когда они становятся стандартом для отрасли, — отмечает он. — Создателям «Здравпринта» надо набраться терпения и постоянно трудиться над тем, чтобы убеждать врачей в эффективности своих решений».

Аптекарев признает наличие трудностей, но уверен, что через три года технологии «Здравпринта» станут стандартом медицинского рынка. «Я верю в биопринтинг как часть технологии создания органов, пригодных для трансплантации, — говорит он. — И я уверен, что 3D-печать способна произвести революцию во многих областях жизни».