kurskvestЧеловек и его здоровьеHumans and their health1998-57461998-5754Kursk State Medical University10.21626/vestnik/2018-4/10kurskvest-532Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL MEDICINEИспользование 3D-принтеров в хирургии (обзор литературы)Using 3D printers in surgery (literature review)ЛазаренкоВ. А.LazarenkoV. A.noemail@neicon.ruИвановС. В.IvanovS. V.noemail@neicon.ruИвановИ. С.IvanovI. S.noemail@neicon.ruОбъедковЕ. Г.Ob’EdkovE. G.noemail@neicon.ruБеликовЛ. Н.BelikovL. N.noemail@neicon.ruОбъедковаН. Ю.Ob’EdkovaN. Ju.noemail@neicon.ruДенисенкоА. И.DenisenkoA. I.noemail@neicon.ruКурский государственный медицинский университетРоссияKursk State Medical UniversityRussian Federation201820122018046165Copyright © Лазаренко В.А., Иванов С.В., Иванов И.С., Объедков Е.Г., Беликов Л.Н., Объедкова Н.Ю., Денисенко А.И., 20182018Лазаренко В.А., Иванов С.В., Иванов И.С., Объедков Е.Г., Беликов Л.Н., Объедкова Н.Ю., Денисенко А.И.Lazarenko V.A., Ivanov S.V., Ivanov I.S., Ob’Edkov E.G., Belikov L.N., Ob’Edkova N.J., Denisenko A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.kursk-vestnik.ru/jour/article/view/532

Развитие 3D-технологий, повсеместное распространение и усовершенствование 3D-принтеров, а также разработка и применение новых материалов и их комбинаций способствовали широкому внедрению 3D-принтеров в медицину. Использование 3D-технологий в хирургии возможно по следующим направлениям. Во-первых, это создание различных имплантатов, широко применяемых в стоматологии, травматологии и реконструктивной хирургии. Во-вторых, использование 3D-моделей подходит для имитации хода операций в сложных случаях. В-третьих, полным ходом идет разработка сканирования и печати органов и тканей живыми клетками, так называемый биопринтинг. В четвертых, существует опыт применения 3D-принтеров для создания медицинских инструментов. И наконец, активно исследуется использование 3D-принтеров для создания различных эндопротезов. Таким образом, перспективы 3D-технологий огромны, и в ближайшем будущем они, несомненно, станут одним из самых динамичных направлений в медицине и в хирургии в частности.

The development of 3D technologies, the wide spread and improvement of 3D printers, elaboration and use of new materials and their combinations have contributed to general availability of 3D printers in medicine. The use of 3D technology in surgery is possible in the following areas. First of all, there are a lot of various implants, which are widely used in dentistry, traumatology and reconstructive surgery. Secondly, 3D models are suitable for simulating surgical operation in complex cases. Thirdly, scanning and printing of organs and tissues with living cells, the so-called bioprinting, is progressively used. Fourthly, there is an experience of using 3D printers for creating medical instruments. Finally, 3D printers have been properly investigated to create various endoprostheses. Thereby, the perspective of 3D technologies is huge. They will necessarily be one of the dynamic areas in medicine, particulary in surgery in the nearest future.

3D-технологии3D-принтермоделированиеэндопротезбиопринтингимплантат3D technologies3D printermodelingendoprosthesisbioprintingimplantReferencesБагатурия Г.О. Перспективы использования 3D-печати при планировании хирургических операций // Медицина: теория и практика. - 2016. - Т. 1, № 1. - C. 47-59. [Bagaturija G.O. Prospects for the use of 3D-printing when planning surgery. Meditsina: teoriya i praktika. 2016; 1(1): 47-59 (in Russ.)].Багатурия Г.О. Перспективы использования 3D-печати при планировании хирургических операций // Медицина: теория и практика. - 2016. - Т. 1, № 1. - C. 47-59. [Bagaturija G.O. Prospects for the use of 3D-printing when planning surgery. Meditsina: teoriya i praktika. 2016; 1(1): 47-59 (in Russ.)].Баиндурашвили А.Г., Басков В.Е., Филиппова А.В., Бортулев П.И., Барсуков Д.Б., Поздникин И.Ю., Волошин С.Ю., Баскаева Т.В., Познович М.С. Планирование корригирующей остеотомии бедренной кости с использованием 3d-моделирования. Часть I // Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. - 2016. - Т. 4, № 3. - С. 52-58. [Baindurashvili A.G., Baskov VE., Filippova A.V., Bortulev P.I., Barsukov D.B., Pozdnikin I.Y., Voloshin S.Y., Baskaeva T.V., Poznovich M.S. Planning for corrective osteotomy of the femoral bone using 3D-modeling. Part I. Ortopediya, travmatologiya i vosstanovitel’naya khirurgiya detskogo vozrasta. 2016; 4(3): 52-58 (in Russ.)].Баиндурашвили А.Г., Басков В.Е., Филиппова А.В., Бортулев П.И., Барсуков Д.Б., Поздникин И.Ю., Волошин С.Ю., Баскаева Т.В., Познович М.С. Планирование корригирующей остеотомии бедренной кости с использованием 3d-моделирования. Часть I // Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. - 2016. - Т. 4, № 3. - С. 52-58. [Baindurashvili A.G., Baskov VE., Filippova A.V., Bortulev P.I., Barsukov D.B., Pozdnikin I.Y., Voloshin S.Y., Baskaeva T.V., Poznovich M.S. Planning for corrective osteotomy of the femoral bone using 3D-modeling. Part I. Ortopediya, travmatologiya i vosstanovitel’naya khirurgiya detskogo vozrasta. 2016; 4(3): 52-58 (in Russ.)].Волова Т.Г., Шишацкая Е.И. Разрушаемые биополимеры: получение, свойства, применение. - Красноярск : Красноярский писатель, 2011. - 389 с. [Volova T.G., Shishatskaya E.I. Destructible biopolymers: production, properties, application. Krasnoyarsk : Krasnoyarskiy pisatel’; 2011: 389 (in Russ.)].Волова Т.Г., Шишацкая Е.И. Разрушаемые биополимеры: получение, свойства, применение. - Красноярск : Красноярский писатель, 2011. - 389 с. [Volova T.G., Shishatskaya E.I. Destructible biopolymers: production, properties, application. Krasnoyarsk : Krasnoyarskiy pisatel’; 2011: 389 (in Russ.)].Горбатов Р.О., Романов А.Д. Создание органов и тканей с помощью биопечати // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. - 2017. - Т. 63, № 3. - С. 3-9. - DOI 10.19163/1994-9480-2017-3(63)-3-9. [Gorbatov R.O., Romanov A.D. Bioprinting of organs and tissues. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2017; 63(3): 3-9 (in Russ.)].Горбатов Р.О., Романов А.Д. Создание органов и тканей с помощью биопечати // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. - 2017. - Т. 63, № 3. - С. 3-9. - DOI 10.19163/1994-9480-2017-3(63)-3-9. [Gorbatov R.O., Romanov A.D. Bioprinting of organs and tissues. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2017; 63(3): 3-9 (in Russ.)].Джен Д.Й., Коновалов А.Н., Попов В.К., Ченг Ю.Л., Шафикова Р. Проекционная стереолитография биосовместимых полимерных структур // Перспективные материалы. - 2016. - № 6. - С. 30-36. [Jeng J.-Y., Konovalov A.N., Popov V.K., Cheng Y.-L., Shafikova R. Projection stereolithography of biocompatible polymer structures. Perspektivnyye materialy. 2016; (6): 30-36. (in Russ.)].Джен Д.Й., Коновалов А.Н., Попов В.К., Ченг Ю.Л., Шафикова Р. Проекционная стереолитография биосовместимых полимерных структур // Перспективные материалы. - 2016. - № 6. - С. 30-36. [Jeng J.-Y., Konovalov A.N., Popov V.K., Cheng Y.-L., Shafikova R. Projection stereolithography of biocompatible polymer structures. Perspektivnyye materialy. 2016; (6): 30-36. (in Russ.)].Жорова А.А. Возможности существующих технологий 3d-печати в медицине // Смоленский медицинский альманах. - 2018. - № 1. - С. 106-109. [Zhorova A.A. Possibilities of existing 3D printing technologies in medicine. Smolenskiy meditsinskiy al’manakh. 2018; (1): 106-109 (in Russ.)].Жорова А.А. Возможности существующих технологий 3d-печати в медицине // Смоленский медицинский альманах. - 2018. - № 1. - С. 106-109. [Zhorova A.A. Possibilities of existing 3D printing technologies in medicine. Smolenskiy meditsinskiy al’manakh. 2018; (1): 106-109 (in Russ.)].Зиновьев С.В., Селиверстов С.С., Целуйко С.С., Кушнарев В.А. Графическая модель для биопечати структурного аппарата каудальной борозды корня диафрагмальной доли левого легкого аутбредных белых крыс // Амурский медицинский журнал. - 2016. - Т. 2, № 14. - С. 56-59. [Zinoviev S.V., Seliverstov S.S., Tseluyko S.S., Kushnarev V.A. Graphic model for machine structural bioprinting caudal furrow root diaphragmatic lobe of left lung outbred white rats. Amurskiy meditsinskiy zhurnal. 2016; 2(14): 56-59 (in Russ.)].Зиновьев С.В., Селиверстов С.С., Целуйко С.С., Кушнарев В.А. Графическая модель для биопечати структурного аппарата каудальной борозды корня диафрагмальной доли левого легкого аутбредных белых крыс // Амурский медицинский журнал. - 2016. - Т. 2, № 14. - С. 56-59. [Zinoviev S.V., Seliverstov S.S., Tseluyko S.S., Kushnarev V.A. Graphic model for machine structural bioprinting caudal furrow root diaphragmatic lobe of left lung outbred white rats. Amurskiy meditsinskiy zhurnal. 2016; 2(14): 56-59 (in Russ.)].Коровин А.Е., Нагибович О.А., Пелешок С.А., Копыленкова Т.И., Шилин В.П., Ольховик А.Ю., Шевченко В.А. 3D-моделирование и биопрототипирование в военной медицине // Клиническая патофизиология. - 2015. - № 3. - С. 17-23. [Korovin A.E., Nagibovich O.A., Peleshok S.A., Kopylenkova T.I., SHilin V.P., Ol’khovik A.Yu., SHevchenko V.A. 3d-modeling and bioprotyping in military medicine; Klinicheskaya patofiziologiya. 2015; (3): 17-23 (in Russ.)].Коровин А.Е., Нагибович О.А., Пелешок С.А., Копыленкова Т.И., Шилин В.П., Ольховик А.Ю., Шевченко В.А. 3D-моделирование и биопрототипирование в военной медицине // Клиническая патофизиология. - 2015. - № 3. - С. 17-23. [Korovin A.E., Nagibovich O.A., Peleshok S.A., Kopylenkova T.I., SHilin V.P., Ol’khovik A.Yu., SHevchenko V.A. 3d-modeling and bioprotyping in military medicine; Klinicheskaya patofiziologiya. 2015; (3): 17-23 (in Russ.)].Медведев М.П., Фомина М.А. 3D-печать как новая эпоха в медицине // Новая наука: От идеи к результату. - 2016. - Т. 11, № 4. - С. 16-19. [Medvedev M.P., Fomina M.A. 3D printing as a new era in medicine. Novaya nauka: Ot idei k rezul’tatu. 2016; 11(4): 16-19 (in Russ.)].Медведев М.П., Фомина М.А. 3D-печать как новая эпоха в медицине // Новая наука: От идеи к результату. - 2016. - Т. 11, № 4. - С. 16-19. [Medvedev M.P., Fomina M.A. 3D printing as a new era in medicine. Novaya nauka: Ot idei k rezul’tatu. 2016; 11(4): 16-19 (in Russ.)].Сафонов М.Г., Строгий В.В. Применение 3d-печати в медицине // Международный студенческий научный вестник. - 2015. - № 3-3. - С. 394-395. [Safonov M.G., Strogiy V.V. The use of 3D printing in medicine. Mezhdunarodnyy studencheskiy nauchnyy vestnik. 2015; (3-3): 394-395 (in Russ.)].Сафонов М.Г., Строгий В.В. Применение 3d-печати в медицине // Международный студенческий научный вестник. - 2015. - № 3-3. - С. 394-395. [Safonov M.G., Strogiy V.V. The use of 3D printing in medicine. Mezhdunarodnyy studencheskiy nauchnyy vestnik. 2015; (3-3): 394-395 (in Russ.)].Arai K., Murata D., Verissimo A.R., Mukae Y., Itoh M., Nakamura A., Morita S., Nakayama K. Fabrication of scaffold-free tubular cardiac constructs using a Bio-3D printer // PLoS One. - 2018. - Vol. 13, N 12. - P. e0209162. - DOI: 10.1371/journal.pone.0209162.Arai K., Murata D., Verissimo A.R., Mukae Y., Itoh M., Nakamura A., Morita S., Nakayama K. Fabrication of scaffold-free tubular cardiac constructs using a Bio-3D printer // PLoS One. - 2018. - Vol. 13, N 12. - P. e0209162. - DOI: 10.1371/journal.pone.0209162.Bagaria V., Chaudhary K. A paradigm shift in surgical planning and simulation using 3Dgraphy: Experience of first 50 surgeries done using 3D-printed biomodels // Injury. - 2017. - Vol. 48, N 11. - P. 2501-2508. - DOI: 10.1016/j.injury.2017.08.058.Bagaria V., Chaudhary K. A paradigm shift in surgical planning and simulation using 3Dgraphy: Experience of first 50 surgeries done using 3D-printed biomodels // Injury. - 2017. - Vol. 48, N 11. - P. 2501-2508. - DOI: 10.1016/j.injury.2017.08.058.Ballard D.H., Weisman J.A., Jammalamadaka U., Tappa K., Alexander J.S., Griffen F.D. Three-dimensional printing of bioactive hernia meshes: In vitro proof of principle // Surgery. - 2017. - Vol. 161, N 6. - P. 1479-1481. - DOI: 10.1016/j.surg.2016.08.033.Ballard D.H., Weisman J.A., Jammalamadaka U., Tappa K., Alexander J.S., Griffen F.D. Three-dimensional printing of bioactive hernia meshes: In vitro proof of principle // Surgery. - 2017. - Vol. 161, N 6. - P. 1479-1481. - DOI: 10.1016/j.surg.2016.08.033.Bishop E.S., Mostafa S., Pakvasa M., Luu H.H., Lee M.J., Wolf J.M., Ameer G.A., He T.C., Reid R.R. 3-D bioprinting technologies in tissue engineering and regenerative medicine: Current and future trends // Genes Dis. - 2018. - Vol. 4, N 4. - P. 185-195. - DOI: 10.1016/j.gendis.2017.10.002.Bishop E.S., Mostafa S., Pakvasa M., Luu H.H., Lee M.J., Wolf J.M., Ameer G.A., He T.C., Reid R.R. 3-D bioprinting technologies in tissue engineering and regenerative medicine: Current and future trends // Genes Dis. - 2018. - Vol. 4, N 4. - P. 185-195. - DOI: 10.1016/j.gendis.2017.10.002.Chwalek K., Sood D., Cantley W.L., White J.D., Tang-Schomer M., Kaplan D.L. Engineered 3D Silk-collagen-based Model of Polarized Neural Tissue // J Vis Exp. - 2015. - N 105. - P. e52970. - DOI: 10.3791/52970.Chwalek K., Sood D., Cantley W.L., White J.D., Tang-Schomer M., Kaplan D.L. Engineered 3D Silk-collagen-based Model of Polarized Neural Tissue // J Vis Exp. - 2015. - N 105. - P. e52970. - DOI: 10.3791/52970.Dawood A., Marti Marti B., Sauret-Jackson V., Darwood A. 3D printing in dentistry // Br Dent J. - 2015. - Vol. 219, N 11. - P. 521-529. - DOI: 10.1038/sj.bdj.2015.914.Dawood A., Marti Marti B., Sauret-Jackson V., Darwood A. 3D printing in dentistry // Br Dent J. - 2015. - Vol. 219, N 11. - P. 521-529. - DOI: 10.1038/sj.bdj.2015.914.de Mel A., Yap T., Cittadella G., Hale L.R., Maghsoudlou P., de Coppi P., Birchall M.A., Seifalian A.M. A potential platform for developing 3D tubular scaffolds for paediatric organ development // J Mater Sci Mater Med. - 2015. - Vol. 26, N 3. - P. 141. - DOI: 10.1007/s10856-015-5477-4.de Mel A., Yap T., Cittadella G., Hale L.R., Maghsoudlou P., de Coppi P., Birchall M.A., Seifalian A.M. A potential platform for developing 3D tubular scaffolds for paediatric organ development // J Mater Sci Mater Med. - 2015. - Vol. 26, N 3. - P. 141. - DOI: 10.1007/s10856-015-5477-4.George M., Aroom K.R., Hawes H.G., Gill B.S., Love J. 3D Printed Surgical Instruments: The Design and Fabrication Process // World J Surg. - 2017. - Vol. 41, N 1. - P. 314-319. - DOI: 10.1007/s00268-016-3814-5.George M., Aroom K.R., Hawes H.G., Gill B.S., Love J. 3D Printed Surgical Instruments: The Design and Fabrication Process // World J Surg. - 2017. - Vol. 41, N 1. - P. 314-319. - DOI: 10.1007/s00268-016-3814-5.Graf S., Vasudavan S., Wilmes B. CAD-CAM design and 3-dimensional printing of mini-implant retained orthodontic appliances // Am J Orthod Dentofacial Orthop - 2018. - Vol. 154, N 6. - P. 877-882. - DOI: 10.1016/j.ajodo.2018.07.013Graf S., Vasudavan S., Wilmes B. CAD-CAM design and 3-dimensional printing of mini-implant retained orthodontic appliances // Am J Orthod Dentofacial Orthop - 2018. - Vol. 154, N 6. - P. 877-882. - DOI: 10.1016/j.ajodo.2018.07.013Michalski M.H., Ross J.S. The shape of things to come: 3D printing in medicine // JAMA. - 2014. -Vol. 312, N 21. - P. 2213-2214. - DOI: 10.1001/jama.2014.9542.Michalski M.H., Ross J.S. The shape of things to come: 3D printing in medicine // JAMA. - 2014. -Vol. 312, N 21. - P. 2213-2214. - DOI: 10.1001/jama.2014.9542.Moisenovich M.M., Arkhipova A.Y., Orlova A.A., Drutskaya M.S., Volkova S.V., Zacharov S.E., Agapov I.I., Kirpichnikov M.P. Composite Scaffolds Containing Silk Fibroin, Gelatin, and Hydroxyapatite for Bone Tissue Regeneration and 3D Cell Culturing // Acta Naturae. - 2014. - Vol. 6, N 1. - P. 96-101.Moisenovich M.M., Arkhipova A.Y., Orlova A.A., Drutskaya M.S., Volkova S.V., Zacharov S.E., Agapov I.I., Kirpichnikov M.P. Composite Scaffolds Containing Silk Fibroin, Gelatin, and Hydroxyapatite for Bone Tissue Regeneration and 3D Cell Culturing // Acta Naturae. - 2014. - Vol. 6, N 1. - P. 96-101.Murphy S.V., Atala A. 3D bioprinting of tissues and organs // Nat Biotechnol. - 2014. - Vol. 32, N 8. - P. 773-785. - DOI: 10.1038/nbt.2958.Murphy S.V., Atala A. 3D bioprinting of tissues and organs // Nat Biotechnol. - 2014. - Vol. 32, N 8. - P. 773-785. - DOI: 10.1038/nbt.2958.Stansbury J.W., Idacavage M.J. 3D printing with polymers: Challenges among expanding options and opportunities // Dental Materials. - 2016. - Vol. 32, N 1. - P. 54-64. - DOI: 10.1016/j.dental.2015.09.018.Stansbury J.W., Idacavage M.J. 3D printing with polymers: Challenges among expanding options and opportunities // Dental Materials. - 2016. - Vol. 32, N 1. - P. 54-64. - DOI: 10.1016/j.dental.2015.09.018.Tappa K., Jammalamadaka U., Ballard D.H., Bruno T., Israel M.R., Vemula H., Meacham J.M., Mills D.K., Woodard P.K., Weisman J.A. Medication eluting devices for the field of OBGYN (MEDOBGYN): 3D printed biodegradable hormone eluting constructs; a proof of concept study // PLoS ONE. - 2017. - Vol. 12, N 8. - P. 1-17. - DOI: 10.1371/journal.pone.0182929.Tappa K., Jammalamadaka U., Ballard D.H., Bruno T., Israel M.R., Vemula H., Meacham J.M., Mills D.K., Woodard P.K., Weisman J.A. Medication eluting devices for the field of OBGYN (MEDOBGYN): 3D printed biodegradable hormone eluting constructs; a proof of concept study // PLoS ONE. - 2017. - Vol. 12, N 8. - P. 1-17. - DOI: 10.1371/journal.pone.0182929.Tappa K., Jammalamadaka U. Novel Biomaterials Used in Medical 3D Printing Techniques // Funct Biomater. - 2018. - Vol. 9, N 1. - P. 1-16. - DOI: 10.3390/jfb9010017.Tappa K., Jammalamadaka U. Novel Biomaterials Used in Medical 3D Printing Techniques // Funct Biomater. - 2018. - Vol. 9, N 1. - P. 1-16. - DOI: 10.3390/jfb9010017.Warsi M.H., Yusuf M., Al Robaian M., Khan M., Alsaab H., Muheem A., Khan S. 3D Printing Methods for Pharmaceutical Manufacturing: Opportunity and Challenges // Current Pharmaceutical Design. - 2018. - DOI: 10.2174/1381612825666181206121701. [Epub ahead of print].Warsi M.H., Yusuf M., Al Robaian M., Khan M., Alsaab H., Muheem A., Khan S. 3D Printing Methods for Pharmaceutical Manufacturing: Opportunity and Challenges // Current Pharmaceutical Design. - 2018. - DOI: 10.2174/1381612825666181206121701. [Epub ahead of print].Weisman J.A., Nicholson J.C., Tappa K., Jammalamadaka U., Wilson C.G., Mills D.K. Antibiotic and chemotherapeutic enhanced three-dimensional printer filaments and constructs for biomedical applications // Int J. Nanomedicine. - 2015. - Vol. 10. - P 357-370. - DOI: 10.2147/IJN.S74811.Weisman J.A., Nicholson J.C., Tappa K., Jammalamadaka U., Wilson C.G., Mills D.K. Antibiotic and chemotherapeutic enhanced three-dimensional printer filaments and constructs for biomedical applications // Int J. Nanomedicine. - 2015. - Vol. 10. - P 357-370. - DOI: 10.2147/IJN.S74811.Wodajo F.M., Jakus A.E. Nanopatterning and Bioprinting in Orthopedic Surgery // Orthop Clin North Am. - 2019. - Vol. 50, N 1. - P. 21-33. - DOI: 10.1016/j.ocl.2018.08.013.Wodajo F.M., Jakus A.E. Nanopatterning and Bioprinting in Orthopedic Surgery // Orthop Clin North Am. - 2019. - Vol. 50, N 1. - P. 21-33. - DOI: 10.1016/j.ocl.2018.08.013.Zeng S., Liu L., Shi Y., Qiu J., Fang W., Rong M., Guo Z., Gao W. Characterization of silk fibroin/chitosan 3D porous scaffold and in vitro cytology // PLoS One. - 2015. - Vol. 10, N 6. - e0128658. - DOI: 10.1371/journal.pone.0128658.Zeng S., Liu L., Shi Y., Qiu J., Fang W., Rong M., Guo Z., Gao W. Characterization of silk fibroin/chitosan 3D porous scaffold and in vitro cytology // PLoS One. - 2015. - Vol. 10, N 6. - e0128658. - DOI: 10.1371/journal.pone.0128658.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.