Mittatilaustyönä ihmisen elimiä

3D-tulostus oli aluksi raskaan teollisuuden lempilapsi. Nyt ihmiskehon implanttien tulostaminen lujittaa lääke- ja insinööritieteen yhteistyötä.

Megatrendit
28.9.2018

3D-tulostaminen ei ole uusi juttu, vaikka siitä on viime vuosina puhuttu enemmän. Teknologia kehitettiin jo kolmekymmentä vuotta sitten ja sitä on käytetty koko tuon ajan teollisuudessa. Alun perin 3D-tulostaminen kehitettiin tuotekehityksen mallien ja prototyyppien valmistukseen.

Suomen mennyt ylpeys Nokia käytti aikoinaan paljon 3D-tulostusta apunaan matkapuhelinkehityksessä. Tulostaminen onkin hyvin vakiinnuttanut asemansa teollisuudessa.

– Iso trendi teollisuuden alalla on tällä hetkellä lopputuotteen tulostus. Ei siis enää tuotteen kehittämiseen käytettävien mallikappaleiden valmistus, Aalto-yliopiston tutkimuspäällikkö Jukka Tuomi kertoo.

Tulostus muuttaa niin lopputuotetta, kuin muokkaa sen ominaisuuksia yhtäältä paremmiksi. Tuotteet muuttuvat kevyemmiksi sekä niihin kuuluu vähemmän energiaa. Tuomi kuuluu siihen koulukuntaan, joka ei usko 3D-tulostamisen yleistymiseen yksittäisissä kodeissa.

– Tässä kohtaa realismi puskee esiin. Tosiasiallisesti näillä edullisilla kotiin ostettavilla laitteilla ei pysty tekemään hyötyesineitä, kuten esimerkiksi kodinkoneiden varaosia. Kotona tulostaminen on enemmän harrastus.

Suomi oli maailman kärjessä

Suomi oli 3D-tulostuksen kärjessä vielä 1990-luvulla. Talouden notkahdus iski kuitenkin teollisuuteen. Nokia koki kovan iskun, samoin sen vahvasti hyödyntämä 3D-tulostus.

Nyt alan tulevaisuudennäkymät siintävät taas kirkkaana. 3D-tulostamisen sovellukset ovat laajentuneet merkittävästi. Näin ollen teollisuudenalat pystyvät yhä monipuolisemmin hyödyntämään teknologiaa. Ala kasvaa 25–30 prosenttia vuodessa.

– Isot teollisuusyritykset ovat omalla panostuksellaan vieneet voimakkaasti alaa eteenpäin. 3D-tulostamisesta on tullut yrityksissä strategisen tason asia. Tämä on hyvin merkittävä trendi, joka alkoi noin viisi vuotta sitten.

Lääketiede ja 3D-tulostaminen

3D-tulostaminen levittäytyy monelle lääketieteen osa-alueelle. Tällä hetkellä tutkimusta tehdään runsaasti lääkinnällisten laitteiden ja lääkkeiden parissa. Tämä on tuonut lääkäreille merkittävän määrän uudenlaisia apuvälineitä.

Tampereen yliopiston solu- ja kudosteknologian aikuisen kantasolujen ryhmänjohtaja, apulaisprofessori Susanna Miettinen pitää tulostusta tervetulleena teknologiana täydentämään ja korvaamaan nykyisiä tekniikoita. Tulostuksen etuina on hänen mielestään paremmat mahdollisuudet räätälöidä siirteitä potilaan mittojen mukaan, sekä monimutkaisempien rakenteiden tuotannon.

Tuomi näkee, että tulostamisella mahdollistetaan potilaalle parempi hoito.

– Enää ei tarvitse lääketieteessä tehdä kompromisseja sen osalta, että valitaan vähiten huonoin vaihtoehto geometrisestä näkökulmasta. Tämä on tällä hetkellä jo aivan kliinistä toimintaa.

Mallien ja implanttien tulostaminen mahdollistaa entistä paremman potilasturvallisuuden, leikkauksien nopeutumisen ja sen, että implantit sopivat täydellisesti potilaalle.

– Suurin hyöty tulostamisesta saadaan tällä hetkellä ennen varsinaisen potilastyön aloittamista. Yleistä on, että hoitavalle ryhmälle tulostetaan elin, jonka avulla he voivat suunnitella tulevaa toimenpidettä, Jukka Tuomi kertoo.

Implantti pystytään tulostaminen parissa tunnissa. Yhdessä tulostusajossa, joka kestää yleensä noin vuorokauden, pystytään valmistamaan usealle eri potilaalle suunniteltuja implantteja.

Biotulostuksesta apua lääketestaukseen

Nykytulostaminen keskittyy lähinnä elottomiin implantteihin, kuten luuvaurioihin tarkoitettuun titaaniin. Suomen ensimmäinen 3D-tulostamalla valmistettu titaani-implantti kallonalueelle tehtiin yhteistyössä Aalto-yliopiston ja HUSin kirurgisen sairaalan kanssa.

– Tällä hetkellä tulostettavat materiaalit lääketieteen käyttöön ovat olleet elimistössä hajoamattomia, kuten titaania, mutta vähitellen siirrytään biohajoaviin materiaaleihin, jotka hajoavat ihmiskehossa kudosten uusiutumisen myötä, apulaisprofessori Miettinen sanoo.

Soluja ja tukimateriaaleja yhdistävä biotulostus mahdollistaa elävän kudoksen. Miettinen kertoo, että biotulostusta on pystytty hyödyntämään vasta ihon osalta. Biotulostus mahdollistaa myös paremman lääkeaihetestauksen.

– Biotulostuksella saadaan syntyvään keinokudokseen tulostettua oikeat solutyypit oikeaan järjestykseen. Tästä hyvänä esimerkkinä toimii maksa, jota voidaan hyödyntää soluviljelymallina lääkeainetestauksessa.

Tulevaisuudessa voidaan siirtyä soluviljelymalleista potilaaseen käytettäviin siirteisiin myös biotulostuksessa. Miettinen kuitenkin painottaa sitä, että tulostetuissa siirteissä on testattava ja tiedostettava riskit ennen laajamittaista potilaskäyttöä, olipa kyseessä sitten eloton tai elävä tuloste.

Yhteistyö mahdollistaa kehityksen

Jotta 3D-tulostamista pystytään hyödyntämään lääketieteessä, täytyy ennen sitä tapahtua pidempiaikainen prosessi. Ensin potilas kuvannetaan ja sen jälkeen hänestä tehdään virtuaalinen 3D-malli. Tämän jälkeen hoitava lääkäri osoittaa mallista, minkälaisen implantin hän haluaa potilaalle tehtävän. Loppuvaihe tehdään yhteistyössä insinöörin kanssa, joka mallintaa implantin.

– Tämä on yhteistyöprosessi, johon osallistuu eri alan asiantuntijoita – kirurgi, radiologi ja insinööri. Keskeistä on ymmärtää prosessin monialaisuus. Perehtyminen toistensa aloihin on ollut tärkeää, tutkimuspäällikkö Tuomi sanoo.

Yhteistyö lääketieteen ja 3D-tulostamisen kanssa alkoi noin kymmenen vuotta sitten. Tuomisen sanojen mukaan on tarvittu myös hieman tuuria, jotta yhteistyössä on päästy näinkin pitkälle. Olennaista on ollut, että on löydetty tiimejä, joissa tätä kehitystyötä on voitu alkaa tutkimaan ja viedä eteenpäin. Joustava byrokratia on auttanut siinä, että teknologiaa on voitu viedä askel askeleelta lähemmäksi potilastyötä.

– Meillä on hyvät puitteet poikkitieteelliselle yhteistyölle, joka ei suinkaan ole itsestäänselvyys, kun peilataan muihin maihin. Me pystymme helposti Suomessa starttaamaan tällaisia yhteistyökuvioita, kuten lääketiede ja insinöörialat osoittavat.

Kudoksien tulostaminen on tulevaisuutta

Ihmiselle siirrettävää sydäntä ei ole vielä tulostettu, vaikka mediassa onkin niin otsikoitu. Tuomen tutkimusryhmä oli kyllä tulostanut muovisen sydämen mallikappaleen klinikalle, mutta sitä käytettiin vain sydänleikkauksen suunnitteluun, ei suinkaan uutena elimenä.

– Osia kudoksista on kyllä tulostettu, mutta ei vielä kokonaista elintä, Tuomi täsmentää.

Myös Tampereen yliopistossa tehdään panostuksia biotulostimen hankinnassa.

– Alkuvaiheessa tähtäämme tulostettujen keinokudosten tuottoon esimerkiksi soluviljelyssä tapahtuvaa lääkeainetestausta varten, Miettinen kiteyttää.

Lue lisää
Alansa ensimmäinen professori

Alansa ensimmäinen professori

Juho Hamari on 35-vuotiaana maailman ensimmäinen pelillistämisen professori. Hän on edennyt urallaan poikkeuksellisen nopeasti. Hän sai jo aloittelevana tutkijana paljon vapautta.

Työ ja oppiminen yhdistyvät

Työ ja oppiminen yhdistyvät

Työssä tapahtuvan oppimisen tulee olla jatkuvaa, sanoo Opetushallituksen pääjohtaja Olli-Pekka Heinonen. Jos halutaan, että koko organisaatio oppii, jopa yritysten strategioiden täytyy perustua...

Perheyritysten johto on kurinalaisempaa ja siksi ne pärjäävät muita paremmin

Perheyritysten johto on kurinalaisempaa ja siksi ne pärjäävät muita paremmin

Perheyritykset ovat onnistuneet säilyttämään vakaan asemansa suomalaisessa yhteiskunnassa läpi vuosisatojen. Onko todella niin, että perheyritykset tekevät vähemmän huonoja päätöksiä?

Tuoreimmat

OP sosiaalisessa mediassa