معرفي کاربردهاي جذاب چاپ سه بعدي در پزشکي

در سال‌هاي اخير چاپ سه بعدي، کاربردهاي بيشتري در حوزه سلامت به جامعه جهاني معرفي کرده است. در حالي که هدف نهايي چاپ سه بعدي که پرينت کامل تمام اعضاي پيچيده بدن، براي پيوند است، هنوز چندين دهه با ما فاصله دارد، امروزه چاپ سه بعدي کاربردهاي فراواني در عرصه پزشکي و دندانپزشکي ديجيتال داشته و به صرفه جويي و بهبود زندگي به طرق مختلف و در مکان‌هاي مختلف کمک مي‌کند که هرگز در چندين سال پيش قابل تصور نبود.  چاپ سه بعدي باعث تغييرات در بسياري از شيوه‌هاي توليد شده است. هنوز رقابت اين روش با برخي از روش‌هاي متعارف دشوار است، دليل اصلي اين موضوع نيز سرعت بسيار کم چاپ سه بعدي قطعات بزرگ و تعداد بالا است. با اين حال علم پزشکي به شدت علاقه مند به اين تکنولوژي با توانايي ايجاد راه حل‌هاي متناسب با هر بيمار است. چاپ سه بعدي به عنوان يک راه حل جديد براي ايجاد دستگاه‌هاي سفارشي مطابق با نياز بيماران پذيرفته شده است. در ادامه برخي کاربردهاي چاپ سه بعدي که در حال تغيير دنياي پزشکي هستند معرفي مي‌شوند.

مزاياي بيشماري در استفاده از چاپ سه بعدي در حوزه‌هاي پزشکي وجود دارد که زمينه بهبود و نجات جان بيمار را فراهم مي‌کند. کاربردهاي پزشکي براي چاپ سه بعدي به سرعت در حال گسترش هستند و انتظار مي‌رود که مراقبت‌هاي بهداشتي را متحول کنند. استفاده‌هاي پزشکي براي چاپ سه بعدي، چه واقعي و چه بالقوه، مي‌توانند در چند دسته گسترده قرار بگيرند.

تاريخچه چاپگرهاي زيستي

از گذشته‌هاي دور دانشمندان و محققان به دنبال ايجاد اعضاي بدن انسان‌ها در محيط‌هاي آزمايشگاهي بوده‌اند، اما در انتهاي دهه‌ 90 ميلادي بود که با معرفي تکنولوژي پرينت بيولوژيک، پيشرفت‌هايي در اين زمينه حاصل شد. اين تکنولوژي نتيجه تلاش‌هاي محققين در انستيتوي “Wake Forest” بود که با استفاده از آن موفق به پرينت سه بعدي بلوک‌هاي مصنوعي سلولي شدند که آن‌ها را قادر به پرينت مثانه انسان مي‌کرد. اما اين گروه هيچگاه موفق به توليد مثانه‌ انسان به صورت مصنوعي نشدند. با آغاز قرن بيستم، توماس ‌بليدر،  مهندس بيولوژي دانشگاه کلمسون، کار خود را براي بهينه‌‌سازي چاپگرهاي جوهرافشان به‌ منظور استفاده از جوهر بيولوژيک و ساخت اعضاي سه‌ بعدي آغاز کرد. در سال 2007 ميلادي نيز يکي از اولين کمپاني‌هاي فعال در زمينه‌ پرينت بيولوژيک با نام Organovo آغاز به‌کار کرد. در ابتداي کار، اين کمپاني شروع به توليد بافت‌هاي شُش انسان کرد که براي تست داروها و تحقيقات در آزمايشگاه‌ها مورد استفاده قرار مي‌گرفت اما در نهايت در سال 2010 توانست نمونه کوچکي از بافت بدن انسان را با استفاده از چاپگر سه بعدي بسازد.

نحوه چاپ سه بعدي اعضاي بدن انسان

چاپگرهاي سه بعدي داراي سازوکار مشخصي هستند؛ اين چاپگرها داراي کارتريج‌ها يا مخازني براي ذخير‌ه‌ جوهر از انواع مختلف و در مورد توليد اعضاي بدن، جوهر‌هاي بيولوژيک هستند که با استفاده از سوزن‌هاي موجود روي پلتفرم يا محل پرينت، براساس الگوي مشخص شده، شروع به پرينت اعضاي بدن مورد نظر مي‌کنند. اما چاپ اعضاي بدن داراي تفاوت‌هايي است که در ادامه به آن‌ها اشاره مي‌شود.

– اندازه‌گيري دقيق عضو مورد نظر

 اگر چه بسياري از اندام‌هاي حياتي بدن انسان از نظر ساختاري شبيه به يکديگر هستند، اما براي آن که پزشکان يک عضو را از طريق اين چاپگرها براي بيمار خاص پرينت بگيرند، بايد عضو معيوب بدن را در ابتدا از طريق گرفتن تصاوير MRI و سي‌تي اسکن به ‌طور دقيق بررسي کنند سپس تصاوير به دست آمده را با استفاده از نرم ‌افزار‌هاي خاص مورد تحليل و بررسي قرار دهند تا نقشه‌ سلولي عضو مورد نظر و تقسيم‌‌بندي سلول‌ها در هر لايه به طور مشخص، معلوم شده و در نقشه‌ پرينت به طور دقيق قيد شود.

– استفاده از سلول‌هاي انساني براي پرينت

پرينتر سه بعدي اعضاي بدن انسان به جاي استفاده از پلاستيک يا فلز به‌ عنوان ماده‌ اصلي پرينت، از سلول‌هاي انساني بسته به نوع عضوي که پرينت خواهد شد، استفاده مي‌‌کند. اين سلول‌ها با موادي براي نگاه ‌داشتن آن‌ها در کنار يکديگر همراه مي‌شوند. علاوه بر سلول‌هاي مختص به عضو مورد نظر، اين امکان وجود دارد که از سلول‌هاي بنيادي نيز استفاده کرد که قابليت تبديل شدن به ساير سلول‌هاي مورد نظر را داشته و بدن انسان نيز مي‌تواند چنين سلول‌هايي را بپذيرد.

– کشت عضو توليدشده در محيط‌هاي آزمايشگاهي

بعد از اتمام چاپ اعضاي مورد نظر، نوبت به قرار گرفتن عضو پرينت شده در انکوباتور (ابزاري آزمايشگاهي است که براي کشت و رشد دادن نمونه‌هاي زنده مانند ميکروب‌ها و سلول‌ها استفاده مي‌شود) مي‌رسد که براي فعال ‌سازي سلول‌ها مورد استفاده قرار گرفته و منجر به آغاز کار عضو مورد نظر مي‌شود.

– قرار دادن عضو در بدن انسان

اصلي‌ترين و پيچيده‌ترين مرحله قرار دادن آن در بدن انسان است به نحوي که بدن بتواند با عضو جديد تطبيق پيدا کند و آن را پس نزند.

اعضايي که تاکنون توسط چاپگرهاي زيستي توليد شده‌اند

تا‌کنون فعاليت‌هاي بيشماري از طريق دانشمندان در زمينه‌ توليد و ايجاد اعضاي بدن از طريق پرينت سه بعدي انجام شده است که تقريباً مي‌توان گفت بيشتر آن‌ها به دليل عدم به کارگيري نمونه‌هاي توليدشده در محيط واقعي شکست خورده‌اند. در ادامه به معرفي تعدادي از اعضاي بدن انسان که توسط اين چاپگرها ساخته شده‌اند، مي‌پردازيم.

– طراحي و ساخت قلب مصنوعي

دانشمندان براي اولين بار در سال 2018 موفق شدند اولين قلب انسان را با استفاده از چاپگر سه‌بعدي و با رگ و پي انساني شبيه‌‌سازي کنند. محققين در اين پژوهش، نمونه چربي بدن يک داوطلب را به کار بردند. سپس، مواد سلولي و غيرسلولي آن را تفکيک کردند.

در اين آزمايش، سلول‌ها طوري برنامه‌ريزي شده بودند که قابليت‌هاي سلول‌هاي بنيادي انسان را داشته باشند. پس از اين مرحله، سلول‌هاي بنيادي با ژل ترکيب شدند تا به سلول‌هاي قلب يا درون ‌رگي تبديل شوند. در نتيجه اين کار، دو نوع جوهر زيستي ابداع شد که مي‌توانستند از نازل‌هاي چاپگر زيستي سه ‌بعدي خارج شوند.

– طراحي و ساخت کليه

محققان چيني در سال 2017 توانستند نمونه‌ مينياتوري کليه را با استفاده از سلول‌هاي انساني و عملکردي مشابه کليه واقعي توليد کنند. اين کليه‌ها نيز در ابعاد کوچک طراحي شده اما در نهايت نمونه اصلي آن با ابعاد واقعي در سال 2018 ساخته شد و براي اولين بار در جهان به يک کودک در آمريکا پيوند زده شد. اين کليه‌ها قادر هستند تا چند ماه بدون مشکل در بدن فرد گيرنده اين عضو مصنوعي به کار خود ادامه دهند.

– طراحي و ساخت گوش

محققان کالج پزشکي ويل کورنل نيويورک در سال 2017 موفق به چاپ سه بعدي گوش مصنوعي شدند. اين گوش مصنوعي عملکرد و ظاهري مشابه گوش انسان دارد که مي‌تواند جايگزين گوش در بيماران مختلف شود. محققان براي ساخت اين گوش مصنوعي، يک تصوير سه بعدي ديجيتال از گوش تهيه کردند و آن را براي توليد قالب شکل گوش، به پرينتر سه بعدي دادند. در مرحله بعد ژل ساخته شده سلول‌هاي زنده گوش گاو و کلاژن به داخل قالب تزريق شد. کل اين فرآيند 2 روز به طول انجاميد که شامل طراحي، چاپ، تزريق ژل و خشک شدن به مدت 15 دقيقه بود.

گوش مصنوعي مي‌تواند براي بدشکلي گوش موسوم به ميکروتياي مادرزادي (بيماران داراي گوش دروني هستند اما بخش خارجي از جمله لاله گوش رشد کامل ندارد)، بيماران مبتلا به سرطان يا تمامي افرادي که به دليل تصادف قسمتي از گوش خارجي خود را از دست داده‌اند، مورد استفاده قرار بگيرد.

– طراحي و ساخت استخوان

دانشمندان استراليايي نيز پرينتر سه بعدي طراحي کرده‌اند که اين امکان را فراهم مي‌کند تا لايه‌هاي سلول، بافت را بر روي استخوان آسيب ديده ايجاد کرده و با عضلات و اعصاب موجود در آن نيز ترکيب شوند. دانشمندان مي‌توانند از اين وسيله دستي براي رسم بخش‌هاي آسيب‌ديده استخوان استفاده کنند. اين به اين معني است که پزشکان مي‌توانند به جاي ماه‌ها انتظار براي رشد بافت جايگزين، کاشت‌‌هاي اختصاصي را در طول عمل جراحي، طراحي کنند.

هنگامي که اين ترکيب بر روي استخوان کشيده مي‌شود، يک نور فرابنفش آن را خشک کرده و جراح مي‌تواند لايه‌هاي سلول را توليد کند. اين سلول‌ها سپس تکثير شده و در نهايت به سلول‌هاي بافت عصب‌ها يا عضلات مي‌پيوندند.

طراحي و ساخت اولين کبد مصنوعي انسان با استفاده از چاپگر سه بعدي

کبد با 1.36 کيلوگرم وزن، بزرگ‌ترين ارگان داخلي بدن است که بيش از 500 عملکرد حياتي را کنترل مي‌کند. مهم‌ترين وظيفه کبد، فيلترکردن خوني است که از دستگاه گوارش وارد کبد مي‌شود و قرار است در سراسر بدن جريان يابد. تمام مواد سمي و مضر خون در کبد جدا مي‌شوند. کبد با توليد صفرا، چربي غذا را تجزيه کرده و آن را تبديل به انرژي مي‌کند؛ ذخيره قند بدن نيز بر عهده کبد است.

محققان دانشگاه سائوپائولو در برزيل نيز با استفاده از سلول‌هاي خون انسان در محيط آزمايشگاهي موفق به توليد يک کبد کوچک شده‌اند که اکثر عملکردهاي معمول کبد مانند ذخيره ويتامين‌ها، توليد پروتئين‌هاي حياتي و ترشح صفرا را شبيه ‌سازي مي‌کند. توليد کبد با اين روش با استفاده از نمونه خون انسان و در عرض 90 روز صورت مي‌گيرد. در واقع اين 90 روز به سه مرحله تفکيک، چاپ و بلوغ تقسيم‌‌بندي مي‌شود.

اين روش با ترکيب تکنيک‌هاي زيست‌مهندسي از جمله برنامه‌‌ريزي مجدد سلولي و کشت سلول‌هاي بنيادي پرتوان با استفاده از چاپگرهاي زيستي سه ‌بعدي انجام مي‌شود. اين روش بيش از روش‌هاي گذشته عملکردهاي کبدي را شبيه‌‌سازي مي‌کند.

دانشمندان اميدوارند در آينده نه چندان دور، انسان‌ها ديگر نيازي به انتظار براي پيوند عضو نداشته باشند و با استفاده از چاپگرهاي زيستي سه بعدي بتوانند تمام نياز خود براي پيوند عضو را برطرف کنند.

پرينترهاي سه بعدي در پزشکي

تقريباً  13 درصد از کل درآمد چاپ سه بعدي از صنايع پزشکي است. از پروتزهاي ساخته شده تا راهنماهاي جراحي. انعطاف پذيري ارائه شده توسط تکنولوژي چاپ سه بعدي به متخصصان پزشکي اين امکان را مي‌دهد تا دستگاه‌ها و مواردي مانند پروتزها را با هزينه‌اي مناسب تهيه کنند. در حال حاضر صنعت پزشکي براي توليد مواد افزودني و استفاده از پرينترهاي سه بعدي در اولويت اول قرار دارد. برنامه‌هاي چاپ سه بعدي در پزشکي باعث بهبود و افزايش کيفيت زندگي افراد مي‌شود.

پرينتر سه بعدي صنعتي

پرينتر سه بعدي صنعتي در ابعاد بزرگتر و با دقتي بيشتر کار چاپ را انجام مي‌دهند و از آن جا که پرينت‌هايي که در حوزه پزشکي انجام مي‌شوند در بسياري موارد نيازمند رعايت جزئيات بسيار بالا و البته در ابعادي به بزرگي پاي انسان است، آشنايي با اين پرينتر هم مفيد خواهد بود.

– دقت بالا در فرآيند کار

چاپ سه بعدي نقش مهمي در آموزش پزشکان آينده و آماده سازي براي انجام عمليات واقعي دارد. تصاوير دو بعدي مفيد هستند با اين حال، آن‌ها تجسم کمي دارند و بخشي واقعي از انسان را نشان نمي‌دهند.

از طرف ديگر، چاپ سه بعدي، مدل‌هايي را ارائه مي‌دهد که به نظر واقعي مي‌رسند و از قطعات واقعي انسان تقليد مي‌کنند. اين امر باعث مي‌شود فرآيند عملياتي دقيق‌تر و موثرتر شود.

– فناوري پيشرفته

پزشکان در آينده مي‌توانند در ساخت اندام‌ها توسط پرينترهاي سه بعدي اقدام کنند. آموزش قطعات چاپي مانند اندام‌هاي انسان، کيفيت مهارت‌هايي را که پزشکان در طول آموزش و معالجه پزشکي بيماران به دست مي‌آورند، افزايش مي‌دهد. با اين کار بسياري از بيماري‌هاي که تاکنون درماني براي آن‌ها يافته نشده را مي‌توان درمان کرد.

– مراقبت ساده از اجزا ساخته شده

پرينترهاي سه بعدي پروتزهايي با هزينه کم چاپ مي‌کنند و اين خود راه حلي مقرون به صرفه براي افرادي است که توانايي خريد پروتز را ندارند.

تجهيزات پزشکي کم‌هزينه در کشورهاي کم برخوردار و مناطق دور افتاده داراي اهميت بالايي هستند. اما اگر از فناوري پرينترهاي سه بعدي استفاده شود مي‌توان به راحتي هر بيماري را درمان کرد. چاپ سه بعدي باعث مي‌شود بدون نياز به حمل‌ونقل دائم تجهيزات پزشکي، تنها با يک دستگاه در محل، تمام تجهيزاتي که پزشکان به آن نياز دارند را توليد کرد.

– روشي مقرون به صرفه در مدت زمان کم

چاپ سه بعدي امکان چاپ تجهيزات پزشکي و آزمايشگاهي سه بعدي را نيز فراهم مي‌کند. همينطور امکان چاپ قطعات پلاستيکي سه بعدي تجهيزات وجود دارد. استفاده از تکنولوژي پرينتر سه بعدي هزينه و زمان صرف‌شده در انتظار دريافت دستگاه پزشکي جديد از تأمين‌کنندگان خارجي را به شدت کاهش مي‌دهد و مي‌توان هر اندازه که تجهيزات پزشکي نياز باشد را بدون صرف وقت و هزينه بالا توليد کرد. علاوه بر اين، فرايند توليد و کاربردهاي بيشتر نيز آسان‌تر است. اينکار باعث مي‌شود تا تمام تجهيزات پزشکي ساخته شده را به هر منطقه‌اي که نياز است ارسال کرد.

– سفارشي سازي

ساخت پروتز براي يک بيمار به روش سنتي بسيار گران است زيرا آن‌ها بايد براي فرد، شخصي سازي و به صورت تک توليد شوند. چاپگرهاي سه بعدي به کاربران آزادي انتخاب مي‌دهند. به عنوان مثال بيمار مي‌تواند طرح‌ها، فرم‌ها، اندازه و رنگ پروتزهاي مختلف را ببيند و هرکدام را که خواست انتخاب کند. اين کار باعث مي‌شود هر قطعه چاپي سه بعدي که ساخته مي‌شود مختص يک نفر باشد.

پرينترهاي سه بعدي اين مزيت را نيز دارند که پروتزها با قيمتي پايين‌تر به صورت گسترده‌تر و بيشتر در دسترس قرار گيرند.

آزمايشگاه‌هاي چاپ سه بعدي در بيمارستان‌ها

دکتر جاستين رايان، مهندس پزشک و محقق آزمايشگاه چاپ سه‌ بعدي قلب در بيمارستان کودکان  فينيکس (Phoenix)، معتقد است يکي از مزاياي فوري در حال ظهور، استفاده از چاپ سه بعدي به طور مستقيم در بيمارستان‌ها است. تا چند سال پيش، تنها در چند بيمارستان به طور مستقيم از چاپ سه بعدي استفاده مي‌شد.

در حال حاضر، بيمارستان‌ها در سراسر جهان، آزمايشگاه‌هاي چاپ سه بعدي را در مجتمع‌هاي خود قرار مي‌دهند تا متخصصين مراقبت‌هاي بهداشتي بتوانند اين روند را به يک کار معمول روزانه تبديل کنند. در واقع، آزمايشگاه رايان با بيش از 15 موسسه که شامل شش کشور است همکاري کرده است. اين کار عمدتاً بر روي چاپ مدل‌هاي خاص بيمار پيش از عمل جراحي به منظور بررسي يک آناتومي خاص بيمار تمرکز دارد. در چهار سال گذشته، آزمايشگاه چاپ سه بعدي رايان بيش از 300  مدل قلب انسان چاپ کرده است.

پزشک مي‌تواند پيش از عمل جراحي بر روي يک مدل چاپ سه بعدي سفارشي نگاه بياندازد و تمرين کند. پس از آن به طور بالقوه نتايج جراحي بهتر خواهند بود. با استفاده از اين فناوري، پزشک بهتر آموزش خواهد ديد، جراحي در زمان کمتري انجام خواهد شد و بيمار نيز زمان کمتري بيهوش خواهد بود.

انتظار مي‌رود استفاده از تکنولوژي چاپ سه بعدي در صنعت پزشکي، مرگ‌ومير را کاهش دهد. در حال حاضر يک آزمايش باليني براي درک بهتر تأثير مدل‌ها بر نتايج جراحي در حال انجام است.

کاهش هزينه پروتز با چاپ سه بعدي

به دليل صرفه اقتصادي، چاپ سه بعدي پروتزهاي اختصاصي بيماران که اغلب با هزينه کمي توليد مي‌شود؛ در کشورهاي در حال توسعه تأثير زيادي داشته و به شدت رو به رشد هستند. چاپ اعضاي بدن مصنوعي با آخرين تکنولوژي پرينت سه بعدي همراه است و در حال تغيير زندگي مردمي است که در گذشته هيچ تصوري از استفاده اين وسايل نداشتند.

عکس يک دست چاپ سه بعدي پروتزي که توسط محققان FDA چاپ و سرهم‌بندي شده است.

سازمان‌هايي مانند ROMP (Range of Motion Project) از چاپ سه بعدي براي کاهش هزينه‌ها و افزايش کيفيت پروتزهاي دست و پا و بريس هاي ارتوپدي براي بيماراني استفاده مي‌کنند که اگر چاپ سه بعدي نبود هرگز آن‌ها را دريافت نمي‌کردند. شرکت E-Nable مهندسان و ديگران را به ساخت دست و پا بر روي چاپگرهاي سه بعدي خود در اوقات فراغت با استفاده از طرح‌هاي رايگان منبع باز E-Nable ترغيب مي‌کند. اين سازمان تخمين زده است تاکنون حدود 1800 پروتز دست (اغلب براي کودکان) توليد و ارسال کرده است. اما معتقد است 1800 مورد ديگر نيز در خارج از فرآيند مستند‌سازي آن توليد شده است.

چاپ سه بعدي ايمپلنت‌هاي سفارشي

هزاران قطعه چاپ سه بعدي شده جايگزين براي قطعات استخواني بدن: زانو، کمر، مچ پا، قسمت‌هايي از ستون فقرات و جمجمه هر ساله کاشته مي‌شوند و در آينده قطعات سفارشي مختص هر بيمار نيز چاپ سه بعدي خواهند شد. اگر چه هنوز تمام اين فرآيندها توسط FDA تأييد نشده‌اند اما برخي از آن‌ها زير نظر فرآيند اين سازمان قرار گرفته‌اند.

استفاده از اسکن سه بعدي و ايجاد يک نقشه مجازي از زانوي بيمار

نمونه‌اي از کاربردهاي چاپ سه بعدي که به طور گسترده در اخبار نيز منعکس شد، يک شکاف ناي بود که در دانشگاه ميشيگان براي نوزاداني که داراي نقص مادرزادي ناي ضعيف بودند، توليد شد. تيم جراحي زيستي-مهندسي با استفاده از CT اسکن نوزاد، يک نمونه از آناتومي نوزاد را چاپ سه بعدي کرد تا شکاف ناي را بپوشاند. بافتي از برونکوس نوزاد درون شکاف قرار مي‌گيرد. دستگاه از يک ماده مشابه نخ جراحي قابل جذب ساخته شده بود به طوري که پس از درمان ناي نوزاد، اين نخ خودش به تدريج جذب مي‌شود. ايمپلنت‌هايي مانند اين مورد مي‌توانند مزاياي چاپ سه بعدي، مانند سفارشي سازي و ادغام بهتر با بافت زنده با استفاده از مواد زيست تخريب پذير را بيشتر آشکار کنند.

چاپ سه بعدي مواد بيولوژيکي براي ساختارهاي اعضاي بدن و ارگان‌هاي پيچيده

گرچه بعضي از پيش‌زمينه‌هاي مهندسي بافت با شناسايي سلول‌ها به اواسط سال‌هاي 1600  مي‌رسد، اما اغلب به عنوان يک رشته‌ي علمي مدرن به عنوان زمينه تحقيقاتي نو در نظر گرفته مي‌شود زيرا از آن زمان تا پايان قرن گذشته حرکتي آرام داشته است. حالا با توسعه چاپ سه بعدي، ناگهان چشم انداز توانايي بازتوليد ارگان‌هاي انساني از مواد بيولوژيکي، فراتر از يک رؤيا به نظر مي‌رسد.

زماني، محققان با ساختارهاي ساده‌تر مانند پوست، رگ‌هاي خوني، غضروف، استخوان و مثانه، همراه با بخش‌هايي از اعضاي پيچيده‌تر مانند دريچه‌هاي قلب به پيشرفت‌هايي چشمگيري دست يافتند.

بخشي از چالش چاپ سه بعدي ارگان‌هاي پيچيده اين است که اندام‌ها نيازمند اکسيژن و مواد مغذي هستند. چالش اين است که عروق خوني در چاپ سه بعدي ارگان‌ها در يک زمان و همراه با خود بافت اصلي ارگان‌ها چاپ سه بعدي شوند. جدا از اين، درک اينکه يک عضو نه تنها بافت سلولي نيست بسيار اهميت دارد. هر عضو مانند يک موجود حافظه‌دار است؛ بنابراين مثلاً قلب شما تنها يک مجموعه از سلول‌هايي که در کنار هم قرار گرفته‌اند نيست، بلکه بافتي است که هزاران ضربان را براي خونرساني به بافت‌هاي ديگر، هدايت و پشتيباني مي‌کند.

چاپ سه بعدي در شبيه‌سازي جراحي

اشتباهات پزشکي سومين علت مرگ در ايالات متحده است. اين موضوع يک مشکل هشداردهنده است که مي‌تواند با استفاده از تکنولوژي چاپ سه بعدي به کمترين حد برسد. اين فناوري همچنين به وسيله‌اي براي ايجاد مدل‌هاي جراحي از تصوير بيمار تبديل شده و به جراحان اجازه مي‌دهد تا با آموزش بيشتر به پزشکان، پايه خطا در عمل‌هاي جراحي را محدود کنند. اين مدل‌هاي آناتومي چاپ سه بعدي شده نيز مي‌توانند پيش از عمل، به بيمار ارائه شوند تا وي تمام مراحل عمل را تجسم کند و در نتيجه راهي براي بهبود روابط پزشک و بيمار نيز است.

همچنين چاپ سه بعدي جايگزيني واقعي براي راه‌حل‌هاي آموزشي جراحي که امروزه رضايت‌بخش نيستند نيز است. از طريق يک پلتفرم وب پزشک مي‌تواند تصاوير اسکنرها، MRI يا سونوگرافي بيمار خود را آپلود کرده و چند روز بعد مدل فيزيکي آن را دريافت کند. برخي از پيشرفته‌ترين مدل‌ها چاپ سه بعدي شده حتي مي‌توانند خونريزي را شبيه‌سازي کرده و تا حد ممکن به واقعيت نزديک شوند. اين موضوع مي‌تواند دقت و کارايي روش‌هاي جراحي را افزايش دهد. هدف، کاهش تعداد خطاهاي پزشکي با بهبود آموزش جراحان است.

چاپ سه بعدي زيستي براي ايجاد بافت‌ها و اندام‌ها

فناوري چاپ سه بعدي زيستي به سرعت در حال توسعه است و در سال‌هاي اخير به طور قابل توجهي رشد يافته است. اين تکنولوژي روشي است که به شما اجازه ايجاد ساختارهاي سلولي را با يک چاپگر خاص سه بعدي مي‌دهد و توانايي طراحي اندام‌هاي زنده را فراهم مي‌کند. اگر چه اين اندام‌هاي زنده براي مدت زمان طولاني کار نمي‌کنند، ما بايد تمام پيشرفت‌هاي انجام شده را برجسته کنيم. براي مثال همانطور که پيشتر عنوان شد شرکت آمريکاييOrganovo  يکي از پيشتازان اين رشته است. اين شرکت بافت استخواني و بافت کبدي پيوندي را با چاپ سه بعدي زيستي توليد کرده است. شرکت Aspect Biosystems به نوبه خود يک چاپگر زيستي به نام RXI توليد کرده است که قادر به ساخت بافت‌هاي فيزيولوژيکي پيچيده انساني است.

در ميان کاربردهاي مختلف، چاپ سه بعدي زيستي امکان ايجاد پوست را نيز فراهم مي‌کند. به اين ترتيب براي درمان و بهبود زخم‌هاي جدي به بيماران کمک مي‌کند.

محققان کره جنوبي توانسته‌اند با ترکيب دو روش چاپ تزريقي و جوهر افشان پوستي مبتني بر کلاژن با غشاي پلي کاپرولاکتون توليد کنند. حتي اگر اين تحولات هنوز در دوران ابتدايي خود باشند، چاپ زيستي پوست مي‌تواند بخش جراحي را متحول کند.

چاپ سه بعدي دارو

يکي ديگر از بخش‌هاي اميدوارکننده فناوري چاپ سه بعدي، پرينت سه بعدي داروها در چند سال آينده است. صنعت داروسازي بسيار کنترل شده است و براي عرضه دارويي جديد در بازار بسياري از الزامات بايد رعايت شوند. اما به نظر مي‌رسد شرکت FabRx با فرصت‌هايي که چاپ سه بعدي در اين عرصه ارائه مي‌کند متقاعد شده است تا وارد اين حوزه شود. هدف اين شرکت توليد داروهاي چاپي سه بعدي شده است. يکي از مديران اين شرکت به نام دکتر آلوارو گويانز توضيح مي‌دهد: «توانايي توليد قرص‌ها يا دستگاه‌هاي پزشکي با استفاده از يک فايل سه بعدي فرصت‌هاي زيادي را ايجاد مي‌کند. ساده‌ترين دستاورد اين است که مي‌توان اندازه يا ميزان مواد داخل قرص را تغيير داد و بنابراين وزن قرص و در نتيجه دوز دارو را تغيير داد. در نتيجه مي‌توان دوز دارو را خيلي راحت و سريعتر براي هر بيمار تنظيم کرد.»

 پيشرفت جالب اين دستاورد در اطفال است که طبق گفته دکتر گويانز، سن و وزن کودک تأثير زيادي بر نحوه مصرف دارو دارد. همچنين در هر قرص مي‌توان دو يا چند دارو را ترکيب کرده و تعداد قرص‌هايي را که فرد بايد ببلعد را کاهش داد که اين مورد به ويژه براي سالمندان مهم است. بسته به مواد انتخابي مي‌توان موفق به انتشار بسيار سريع يا هدفمند دارو در مناطق خاصي از دستگاه گوارش شد.

FabRx  مي‌خواهد در عرض 2 سال بيمارستان‌ها را به چاپگرهاي سه بعدي مجهز کند. يکي از چالش‌هاي اصلي، مقررات است؛ توليدکنندگان مواد دارويي معتقدند هنوز مراحل اعتبارسنجي به طور کامل انجام نشده است. اگر چاپ سه بعدي دارو به عنوان گام توليدي در نظر گرفته شود، به کنترل و تنظيم بسيار بيشتري نياز خواهد داشت اما اگر اين گام ترکيبي در نظر گرفته شود، مقررات کمتر خواهد بود.

 موضوعي که مشخص شده است آينده روشن علم پزشکي با ظهور چاپگرهاي سه بعدي است. در 10 سال آينده علم پزشکي به لطف پيشرفت بسيار سريع فناوري مانند چاپ سه بعدي رشد بسيار زيادي خواهد کرد و شايد در آن زمان اولين اندام‌هاي کاربردي پرينت سه بعدي شده زيستي توليد شده باشند.

استنت تزريق دارو

استنت‌هاي تخريب‌پذير پتانسيل فراواني براي بهبود نرخ باز بودن طولاني‌مدت براي بهبود رگ‌هاي خوني دارند. در ابتدا اين دستگاه‌ها براي بهبود در استنت‌هاي فلزي، که باعث اثرات نامطلوب پس از ترميم رگ‌هاي عروقي مي‌شوند، به وجود آمدند. تا به اينجا تحقيقات موثري بر روي استنت‌هاي چاپ سه بعدي در دانشگاهي انجام شده است و تيمي، يك روش جديد به نام استريوليتوگرافي ميكروسكاري ارائه كرده است.

هنگامي که داروها به مواد چاپي تزريق مي‌شوند، به آرامي در محل کاشت آزاد مي‌شوند و روند بهبودي در ديواره رگ‌هاي خوني را تسريع مي‌کنند. تحقيقات بيشتر منجر به توليد استنت‌هاي مبتني بر قند براي کمک به جراحي در اطراف رگ‌هاي خوني شده است. استنت هاي غير شکننده به صورت سه بعدي چاپ مي‌شوند تا از عروق در کنار هم پشتيباني کنند.

بانداژ

سوختگي‌هاي شديد يا زخم‌هاي ديگر که در بسياري از لايه‌هاي پوست نفوذ مي‌کنند، درماني ندارد. در حقيقت، در برخي از کشورهاي در حال توسعه، عفونت‌هاي ناشي از زخم‌هاي جدي مي‌تواند کشنده باشد. امروزه اين نوع زخم‌ها دليل اصلي ايجاد باندهاي چاپي سه بعدي هستند. در مقايسه با بانداژهاي معمولي، باندهاي چاپي سه بعدي مزاياي بسياري دارند. برخي از مزاياي اصلي شامل سفارشي کردن باندها با زخم‌هاي خاص، تزريق با مواد خاص و افزايش دسترسي در مناطق در حال توسعه يا جنگ‌زده جهان است. باندي توسط يک تيم از دانشجويان در دانشگاه گراند کانيون طراحي شده است. آن‌ها يک باند هيدرو کلوئيدي چاپي کم‌هزينه و سه بعدي توليد کرده‌اند که در درمان عفونت‌ها، مؤثرتر از حالت عادي بهبود عمل مي‌کند. اساساً اين ماده تا حدي از ماده‌اي ژل مانند تشکيل شده است که باکتري‌ها را در خود جاي مي‌دهد و به دام مي‌اندازد. محققان دانشگاه تورنتو نيز يک بيو پرينتر سه بعدي با نام Printalive ساختند که مي‌تواند باعث بهبود زخم و رشد مجدد پوست آسيب ديده مي‌شود.

وسايل جراحي

ابزارهاي جراحي چاپي سه بعدي مزاياي بيشماري از جمله انعطاف‌پذيري بالا در طراحي و حداقل زمان توليد را ارائه مي‌دهند. درايورهاي سوزني، هموستات، دستگيره‌هاي پوست سر و فورسپس تنها معدود ابزارهايي هستند که در حال حاضر به صورت سه بعدي چاپ مي‌شوند. آنچه باعث خاص بودن اين ابزار مي‌شود اين است که به راحتي مي‌توان آن‌ها را در چندين نوع مختلف متناسب با کارکردهاي خاص تهيه کرد. به عنوان نمونه، براي حل مسائل مربوط به زنجيره تأمين، گروهي از محققان ارتش و نيروي دريايي ايالات متحده يک کيت جراحي چاپي سه بعدي تهيه کردند. اين ترکيب از يک Hemostat کلي، يک سوزن، فرمسپس بافت، يک جمع‌کننده، يک دسته اسکالپل و قيچي تشکيل شده است. قطعات ساخته شده از AbSi-Ag ، پلاستيک مهندسي شده و همچنين با نقره اصلاح شده‌اند.

منبع

1- https://3drd.ir

2- https://3dnatives.com

3- https://idesign3d.ir

4- https://iran3d.co

5- http://stnews.ir