Jak funguje 3D tiskárna, která vytiskne maso, čokoládu i lidské orgány. Stojí na principu, který pochopí každý

Digitální model, software, který ho rozřeže na plátky, a hlava, která je vrství jeden na druhý. Víc za tím není, ať tisknete plast, čokoládu, nebo živé buňky.

Zdroj fotografie: Unsplash

Představte si tavnou pistoli, která nanáší tenkou vrstvu materiálu přesně podle digitální předlohy. Jakmile dokončí jednu vrstvu, posune se o zlomek milimetru a začne další. Vrstva po vrstvě tak vzniká trojrozměrný objekt – od plastového stojánku na telefon přes čokoládovou dekoraci až po chrupavku lidského ucha. Princip je pokaždé podobný: digitální 3D model se v programu zvaném slicer rozdělí na stovky či tisíce tenkých horizontálních vrstev, které tiskárna postupně vytváří. Liší se především materiál, který tisková hlava nanáší, a způsob, jakým jednotlivé vrstvy získávají pevnost. Právě v materiálu a použité technologii spočívá zásadní rozdíl mezi domácí tiskárnou za několik tisíc korun a laboratorním zařízením, které by jednou mohlo pomáhat zachraňovat životy.

Od plastu po pryskyřici: tři základní technologie

Nejrozšířenější metodou je FDM. Tisková hlava při ní zahřívá plastovou strunu, takzvaný filament, a nanáší roztavený materiál podle digitální předlohy. Po dokončení každé vrstvy se tisková hlava nebo podložka posune v ose Z a proces se opakuje. Právě takové tiskárny dnes najdeme na stolech kutilů, ve školách i v malých dílnách. Creality Ender-3 V3 SE se prodává za přibližně 199 dolarů, česká Prusa nabízí model MINI+ od 549 dolarů a MK4S od 709 dolarů. Na Alze lze pořídit FDM tiskárny běžně i za ceny kolem deseti tisíc korun.

Druhou možností je SLA, při níž se místo roztaveného plastu vytvrzuje kapalná pryskyřice pomocí světla. Výsledkem bývá hladší povrch a jemnější detaily, což se hodí například při výrobě šperků, zubních modelů nebo figurek.

Třetí kategorií je laserové tavení kovového prášku, označované například jako LPBF. Stroj rozprostře tenkou vrstvu kovového prášku a laser v určených místech materiál roztaví. Takto lze vyrábět například titanové implantáty nebo součástky pro letecký průmysl. Pořizovací náklady se pohybují v řádu milionů korun a provoz vyžaduje specializované vybavení i přísná bezpečnostní opatření. Jemné kovové prášky mohou být při nevhodné manipulaci hořlavé nebo výbušné, proto se u některých materiálů používá ochranná atmosféra.

Čokoláda, maso, buňky: stejný princip, jiný svět

Tři na první pohled nesouvisející aplikace spojuje stejná základní myšlenka: materiál se vytváří po vrstvách podle digitálního modelu. Rozdíl spočívá především v tom, co se tiskne a jaké podmínky materiál vyžaduje.

• Čokoláda je dnes komerčně dostupnou aplikací 3D tisku. Existují potravinářské tiskárny v cenách od několika tisíc až po stovky tisíc korun, které vyrábějí čokoládové dekorace pro cukrárny, restaurace i domácnosti. Čokoláda se při tisku vytlačuje tryskou a následně tuhne nebo se nechává správně zkrystalizovat podle použitého postupu. Podobným způsobem lze zpracovávat také některé druhy těsta, sýrové pasty nebo ovocné pyré.
• Maso vyžaduje přesnější rozlišení. Firma Steakholder Foods vyvíjí technologii 3D tisku potravin a rostlinných alternativ masa, které napodobují strukturu celých kusů masa. Pokud jde o skutečné živočišné maso, jeho tisk je podstatně složitější. Materiál musí mít vhodnou konzistenci a často potřebuje další složky, aby jej bylo možné rovnoměrně vytlačovat a vrstvit. Vývoj produktů z kultivovaných živočišných buněk pokračuje, ale běžná průmyslová výroba 3D tištěných steaků z těchto buněk zatím není rozšířenou realitou.
• Lidské orgány představují jednu z nejambicióznějších oblastí 3D tisku. Místo plastového filamentu se při biotisku používá bioink, tedy materiál, který může obsahovat živé buňky a vhodný nosič, například hydrogel. Na Carnegie Mellon University vyvinuli metodu FRESH, při níž se bioink ukládá do měkké podpůrné hydrogelové lázně. Ta pomáhá udržet tvar tištěné struktury, dokud se nevytvoří potřebná stabilita. Po dokončení tisku lze podpůrný materiál odstranit. Výzkumníci touto metodou vytvořili například model lidského srdce z měkkých materiálů. Společnost 3DBio Therapeutics zase oznámila první klinické použití implantátu AuriNovo, který byl vytvořen biotiskem z pacientových vlastních buněk a určen k rekonstrukci ušního boltce při vrozené vadě zvané mikrotie.

Kde končí demo a začíná realita

Vytisknout tvar orgánu je jedna věc. Zajistit, aby tkáň dlouhodobě fungovala a zůstala živá, je mnohem náročnější úkol. Jednou z hlavních překážek biotisku je dostatečné zásobování tkáně kyslíkem a živinami. S rostoucí tloušťkou tkáně je stále obtížnější zajistit, aby se potřebné látky dostaly ke všem buňkám. Proto vědci hledají způsoby, jak vytvářet funkční cévní sítě.

Další výzvou je dozrávání tkáně. Buňky se musí správně uspořádat a vytvořit strukturu, která bude plnit požadovanou funkci. To může trvat týdny až měsíce a vyžaduje pečlivě kontrolované podmínky. A pak přichází na řadu bezpečnost a regulace: než se nový biotištěný výrobek dostane k pacientům, musí splnit příslušné požadavky a projít odpovídajícím klinickým hodnocením.

Plně funkční srdce vytištěné na míru a připravené k transplantaci je proto zatím vzdáleným cílem. V praxi už ale existují jiné využitelné aplikace: tkáňové konstrukty pro výzkum, některé chrupavčité implantáty a především 3D tištěné anatomické modely, které chirurgům pomáhají plánovat složité operace.

Česko v tom není pozadu

Také v Česku má 3D tisk v medicíně konkrétní uplatnění. 1. lékařská fakulta UK společně s Všeobecnou fakultní nemocnicí v Praze rozvíjí databázi 3D modelů orgánů a kostí, které lze využít při výuce i plánování zákroků.

Fakultní nemocnice Brno na workshopu v roce 2026 představila například 3D model ouška levé síně a modely páteřních segmentů. Sdílela také zkušenosti s implantátem kosti zvané talus, která se nachází v oblasti hlezenního kloubu. Na ČVUT se týmy biomedicínského inženýrství věnují mimo jiné vývoji 3D tištěných nosičů pro tkáňové inženýrství. VŠB-TUO ve spolupráci s Fakultní nemocnicí Ostrava pořídila biotiskárnu Bio X6, která může sloužit k výzkumu nádorového mikroprostředí a k testování protinádorových léčiv.

Rutinní transplantace plně funkčních, biotiskem vytvořených lidských orgánů v českých nemocnicích zatím nejsou realitou. Odborné zázemí, technologie i zkušenosti se však postupně rozvíjejí.

Princip 3D tisku pochopí téměř každý: jde o vytváření objektu po vrstvách podle digitálního plánu. Jenže mezi plastovým stojánkem a živou chrupavkou vytvořenou z pacientových buněk leží obrovský rozdíl. Zatímco v prvním případě jde především o zvládnutí materiálu a pohybu tiskárny, ve druhém je nutné řešit také biologické procesy, funkčnost tkáně a bezpečnost pro pacienta. Princip je podobný, složitost ale nesrovnatelná.