Pencetakan 3D dalam Layanan Kesehatan: Dari Alat Bedah hingga Terobosan Transplantasi Organ
Pencetakan 3D masih merupakan metode manufaktur yang relatif baru, dan telah melakukan diversifikasi secara besar-besaran dalam hal metode pencetakan, bahan, dan kemungkinan desain, sehingga menemukan penerapan khusus di berbagai bidang, termasuk perawatan kesehatan dan ilmu hayati.
Pencetakan 3D memiliki dampak transformatif pada cara
pembedahan dan kedokteran gigi dilakukan, serta bagaimana prostetik dan implan
dirancang, sehingga memungkinkan terciptanya barang-barang yang disesuaikan dan
dipersonalisasi sesuai untuk pasien atau tugas tertentu yang ada.
Artikel ini akan mengeksplorasi beragam penerapan pencetakan
3D dalam perawatan kesehatan, mulai dari pembuatan alat bedah hingga
memfasilitasi transplantasi organ.
Sejarah singkat teknologi pencetakan 3D
Pencetakan 3D biasanya mengacu pada proses manufaktur
aditif, yaitu proses di mana bahan ditambahkan dalam lapisan atau tahapan yang
berurutan, bukan dikeluarkan dari bahan curah (subtraktif) atau langsung
dibentuk menjadi bentuk, seperti pada bahan seperti plastik termoset.
Salah satu bentuk pencetakan 3D paling awal adalah
stereolitografi, yang sekarang lebih umum disebut pencetakan resin, di mana
laser UV diarahkan ke pola yang diinginkan secara lapis demi lapis pada resin
fotopolimer, mengeraskannya, dan mengubah cairan menjadi padat. struktur tiga
dimensi.
Penelitian terhadap teknologi ini berlangsung sepanjang
tahun 1970an dan dipatenkan pada tahun 1984, dan digunakan secara luas untuk
memproduksi suku cadang yang diproduksi secara khusus. Jenis resin yang
digunakan dapat disesuaikan dengan tujuan; untuk biokompatibilitas dalam kasus
implan biologis atau prostesis, untuk ketangguhan dan kekakuan jika diperlukan,
dan sebagainya.
Istilah pencetakan 3D sebenarnya baru diciptakan pada tahun
1995, oleh Profesor Ely Sachs, MIT, yang bekerja pada modifikasi printer inkjet
untuk mengekstrusi larutan pengikat ke alas bedak, yang dikenal sebagai
pencetakan 3D fusi alas bedak (yang ada banyak jenisnya: selektif sintering
laser, sintering laser logam langsung, peleburan berkas elektron, dll.).
Metode pencetakan ini berkembang menjadi banyak jenis yang
mungkin lebih umum digunakan saat ini, yang menggunakan bingkai yang mampu
menggerakkan kepala ekstrusi dalam tiga dimensi di atas platform, seperti
pencetakan 3D pemodelan deposisi menyatu (FDM).
Saat ini, terdapat lebih dari 18 metode pencetakan 3D,
masing-masing dengan banyak modifikasi, memungkinkan produk khusus diproduksi
dalam berbagai bahan, dengan tingkat kemudahan dan aksesibilitas, kualitas, dan
kesesuaian yang berbeda-beda untuk aplikasi medis.
Inovasi dalam alat dan perlengkapan bedah
Pencetakan 3D semakin banyak digunakan dalam pembuatan alat
bantu bedah, termasuk desain dan produksi model pelatihan yang akurat,
instrumen khusus, dan perancah yang membantu implantasi atau perbaikan
jaringan.
Salah satu keuntungan utama teknologi pencetakan 3D adalah
perubahan berulang dapat dilakukan pada alat yang baru dirancang berdasarkan
masukan langsung dari ahli bedah dan profesional medis lainnya; perubahan
desain dapat diimplementasikan secara silico dan perangkat baru dicetak dalam
semalam.
Fasilitas untuk menghasilkan model pelatihan khusus pasien
berpotensi menjadi revolusioner dalam hal cara pembedahan dilakukan, karena
detail organ dalam pasien yang sangat khusus, sebagaimana dipastikan dari
berbagai teknologi pemindaian, dapat direproduksi secara detail.
Hal ini memberikan lebih sedikit kejutan bagi ahli bedah
selama operasi, dan akan sangat membantu dalam persiapan untuk operasi yang
lebih kompleks.
Prostetik dan implan yang dipersonalisasi
Beberapa masalah utama dengan prostetik yang diproduksi
secara massal adalah seputar pengabaian; pengguna berhenti memakai prostetik
karena tidak nyaman, canggung, atau tidak menarik secara estetika.
Prostetik bionik, yang mampu mengoordinasikan gerakan robot
melalui kontraksi otot, harus diposisikan dan diamankan secara hati-hati untuk
menjaga fungsi dan kenyamanan kegunaannya.
Kemungkinan ukuran khusus menggunakan teknologi pencetakan
3D memungkinkan pembuatan prostetik yang jauh lebih nyaman dari komponen
biokompatibel, kemungkinan dalam desain yang lebih kompleks dan massa yang
lebih rendah dibandingkan prostetik tradisional.
Pada tahun 2014 sebuah konferensi diadakan di Rumah Sakit
Johns Hopkins bertajuk: Prosthetists Meet 3D Printers, di mana para ahli medis
dan pencetakan 3D bertemu untuk membahas keadaan dan masa depan prostetik
pencetakan 3D.
Berbagai upaya kolaboratif saat ini sedang dilakukan dengan
tujuan memanfaatkan pencetakan 3D dalam prostetik. Misalnya, perangkat
prostetik tersedia secara gratis untuk diunduh dan dicetak di rumah di sejumlah
situs web khusus, sementara banyak perusahaan yang berdedikasi memproduksi
perangkat prostetik untuk pasar tertentu telah bermunculan.
Misalnya, Openbionics adalah perusahaan berbasis di Inggris
yang mencetak prostetik khusus, dengan desain superhero yang ditujukan untuk
anak-anak, desain khusus untuk musisi, dan sebagainya.
Terobosan dalam organ cetak 3D
Berbagai biomaterial dapat dibuat dalam metode manufaktur
aditif seperti pencetakan 3D untuk menghasilkan perancah implan, jaringan, dan
bahkan organ baru.
Bioink yang mengandung sel hidup disimpan lapis demi lapis
untuk mencetak organ, biasanya menggunakan perancah dan/atau polimer alami di
dalam bioink, yang mengeraskan dan menjaga sel tetap di tempatnya; polimer
hidrogel seperti fibrin, gelatin, alginat, kitosan, dan asam hialuronat
biasanya digunakan. Organ yang dicetak 3D seperti ini mengandung sel yang
dikultur dari pasien, sehingga jauh lebih biokompatibel dibandingkan organ
donor.
Ada beberapa jenis pencetakan organ 3D, dan teknologinya
masih dalam tahap awal. Salah satu metode yang paling awal dan paling luas
digunakan dikenal sebagai penyemaian sel, dimana perancah pendukung dicetak 3D
dari bahan biokompatibel dan kemudian disemai dengan sel yang akan menyebar
untuk mengisi struktur, yang berpotensi dilakukan di tempat untuk membantu
penyembuhan luka.
Jika organ khusus dicetak secara 3D, maka organ tersebut dapat dibuat sesuai dengan pasien, tidak hanya dalam hal biokompatibilitas tetapi juga dalam hal bentuk dan ukuran; misalnya menyesuaikan ukuran katup jantung dengan ukuran pasien.
Referensi
Dodziuk, H. (2016). Applications of 3D printing in
healthcare. Polish Journal of Cardio-thoracic Surgery, 3, 283–293.
https://doi.org/10.5114/kitp.2016.62625
George, M., Aroom, K. R., Hawes, H. G., Gill, B. S., &
Love, J. (2017). 3D Printed Surgical Instruments: The Design and Fabrication
Process. World Journal of Surgery, 41(1), 314–319.
https://doi.org/10.1007/s00268-016-3814-5
Manero, A., Smith, P., Sparkman, J., Dombrowski, M.,
Courbin, D., Kester, A., Womack, I., & Chi, A.. (2019). Implementation of
3D Printing Technology in the Field of Prosthetics: Past, Present, and Future.
International Journal of Environmental Research and Public Health, 16(9), 1641.
https://doi.org/10.3390/ijerph16091641
Openbionics. https://openbionics.com/en/
Javaid, M., & Haleem, A.. (2020). 3D printed tissue and
organ using additive manufacturing: An overview. Clinical Epidemiology and
Global Health, 8(2), 586–594. https://doi.org/10.1016/j.cegh.2019.12.008
No comments