کاربردهای پرینتر سه بعدی در پزشکی

پرینتر سه بعدی همه چیز از مراقبت از ستون فقرات گرفته تا ارترز را تحت تاثیر قرار داده است. در این مقاله از سایت آ.اس.پ قصد داریم به بررسی کاربردهای پرینتر سه بعدی در پزشکی را بررسی نماییم. اکنون، دو پیشرفت اخیر در زمینه چاپ زیستی، رویای اندام‌های پرینت سه بعدی و پیامدهای اخلاقی آن‌ها را به دید واضح‌تری نشان می‌دهند.

دو چشم را به خود جلب می کنند، اما کاربردهای عملی آن تاکنون محدود بوده است. با این حال، چند نقطه عطف اخیر به تغییر آن کمک می کند. دستاوردهای دوقلو یک فرآیند چاپ زیستی جدید که مانع ساختاری طولانی مدت را برطرف می کند، و ایجاد یک قلب کوچک نشان دهنده گام های قابل توجه به سمت هدف نهایی اندام های چاپ سه بعدی برای انسان است.

آدام فاینبرگ، محقق دانشگاه کارنگی ملون که تیمش روش جدیدی برای چاپ زیستی ابداع کرده است، می‌گوید: «اگر به اینترنت بروید و چیزهایی در مورد چاپ زیستی ببینید، چیزهایی را خواهید دید که جالب به نظر می‌رسند اما تقریباً هرگز چیزی را با عملکرد واقعی نشان نمی‌دهند . ما نشان می‌دهیم که واقعاً می‌توانیم چیزهایی بسازیم که فقط ظاهر جالبی ندارند.»

پرینتر سه بعدی در پزشکی

در حالی که پتانسیل چاپ زیستی از نظر آزمایش داروی دارویی و پیوند اعضا هنوز به بلوغ کامل نرسیده است، تکنیک‌های مرسوم‌تر پرینتر سه‌ بعدی مزایای قابل‌توجهی را برای ساخت دستگاه‌های پزشکی، آموزش جراحی و سایر نیازهای مراقبت‌های بهداشتی فراهم کرده‌اند. در اینجا چند شرکت وجود دارد که به وعده چاپ سه بعدی در پزشکی عمل کرده اند.

ارتز و پروتز ANDIAMO

از نظر مراقبت های بهداشتی، پرینت سه بعدی احتمالاً بیشترین تأثیر را بر ارتز و پروتز داشته است. این فناوری به شرکت‌هایی مانند Andiamo 3D مستقر در لندن اجازه می‌دهد تا به سرعت گترها، بریس‌ها و سایر ارتزهای بادوام را با هزینه‌های نسبتا کم بسازند. سامیا و نوید پرویز، بنیان‌گذاران، Andiamo را پس از تجربه مستقیم کاستی‌های این صنعت راه‌اندازی کردند. پسر مرحوم آنها چهار پلژی بود و برای درست غذا خوردن و درست نشستن به براکت نیاز داشت، اما زمانی که وسایلش رسید، او اغلب از آن بزرگتر شده بود. Andiamo 3D از ترکیبی از هوش مصنوعی، تجزیه و تحلیل داده ها و چاپ سه بعدی برای ساخت محصولات خود استفاده می کند.

CORELINK جراحی (رشد ستون فقرات)

هنگامی که نشست سالانه انجمن ستون فقرات آمریکای شمالی در سپتامبر امسال در شیکاگو تشکیل شد، بیش از دوجین غرفه‌دار شرکت‌هایی بودند که چاپ سه‌بعدی را به شیوه‌ای در عمل خود گنجانده‌اند بازتابی از اینکه چقدر تولید افزودنی عمیق در حال حاضر در مراقبت از ستون فقرات ریشه‌دار شده است. از جمله موارد قابل توجه می‌توان به 3D Systems، که اولین ایمپلنت تیتانیوم مورد تایید FDA را ساخت و توسط فردی که استریولیتوگرافی را به ثبت رساند ، و CoreLink Surgical، سازنده دستگاه‌ها و ایمپلنت‌های ستون فقرات در سنت لوئیس، بنیان‌گذاری شد. بسیاری از دومی‌ها فرآیندی اختصاصی به نام Mimetic Metal، پرینت‌های سه‌بعدی آلیاژ تیتانیوم مبتنی بر لیزر که استخوان انسان را تقلید می‌کنند، در خود جای داده‌اند.

آموزش پزشکی سه بعدی LAZARUS BETTER

همه چیز از فناوری بازی گرفته تا واقعیت مجازی و افزوده بر نحوه آموزش و آمادگی برخی از پزشکان برای اعمال جراحی تاثیر گذاشته است. چاپ سه بعدی را به لیست اضافه کنید. شرکت‌هایی مانند Lazarus 3D مستقر در هیوستون با قابلیت تولید افزودنی برای تولید مدل‌های سیلیکونی واقعی و نرم پلیمری بافت و اندام‌های انسان کار می‌کنند. مدل های آن در موسساتی مانند بخش آموزش اورولوژی دانشگاه بیلور برای کمک به آموزش دانشجویان پزشکی استفاده شده است.

چالش براکت ارتودنسی لایت فورس

از پرینت سه بعدی می توان برای چاپ انواع ابزارهای دندانی، از جمله مدل های تاج و بریج، محافظ های شب، سینی های باندینگ، راهنماهای مته و پروتز استفاده کرد. کاربردهای ارتودنسی نیز دارد. یکی از نقاط عطف اخیر به لطف ارتودنسی لایت فورس به دست آمده است. استارتاپ منطقه بوستون، که توسط یک متخصص ارتودنسی آموزش دیده در هاروارد تأسیس شده است، اخیراً از اولین براکت های سفارشی شده با پرینت سه بعدی پرده برداری کرد. قطعات کوچکی که به دندان ها چسبانده می شوند و گره ها را در بریس ها وصل می کنند. براکت های ساخته شده با این سیستم به گونه ای قالب گیری می شوند که به شکل سفارشی هر دندان متناسب باشند.

پوست

محققان نشان داده‌اند که پرینت سه بعدی پوست حتی با چاپگر دستی امکان‌پذیر است. وقتی صحبت از پیوند پوست برای قربانیان سوختگی به میان می آید، این یک تغییر بالقوه بازی است. ما می گوییم “بالقوه” زیرا پوست چاپ سه بعدی به دلایل مختلف هنوز فراتر از آزمایشگاه های تحقیقاتی فارغ التحصیل نشده است. نه تنها فاقد یک شبکه عروقی کاملاً کارآمد است، بلکه موانعی در تحقیقات سلول های بنیادی وجود دارد که برای تولید فولیکول های مو و غدد عرق ضروری است. در این بین، شرکت هایی مانند Allevi به محققان کمک می کنند تا مواد لازم برای (احتمالا) تسهیل پیشرفت بعدی را فراهم کنند. این سازنده چاپگر زیستی مستقر در فیلادلفیا، کیت‌های بیوئینک، از جمله کیت بیوئینک پوستی را نیز می‌فروشد که ظاهراً «برای اولین بار توانایی ایجاد لایه‌های درم و لایه‌های اپیدرم را با استفاده از غلظت‌های کم کلاژن خالص به روش استاندارد شده ساده‌ای ارائه می‌دهد».

بعدها چه می شود؟

موانع پیش رو

به همان اندازه که تلاش‌های فردی BIOLIFE4D و کارنگی ملون قابل توجه است، ما هنوز با درک این موضوع فاصله داریم که بیشترین جاه‌طلبی‌ها را جلب کند: یک قلب پرینت سه‌بعدی قابل دوام برای پیوند. به گفته فاینبرگ، تولید سلول‌ها بسیار زمان‌بر و پرهزینه است و یک قلب کامل به تعداد زیادی سلول نیاز دارد بین دو تا سه میلیارد.

او گفت: «این یک میله واقعاً بالاست.

دانشمندان همچنین در حال بررسی چگونگی بهترین استفاده از بیوراکتورها برای بلوغ بافت ها پس از ایجاد آنها هستند.

فاینبرگ گفت: «وقتی برای اولین بار چیزی را چاپ می کنید، واقعاً انجام نشده است. قبل از اینکه بتوانید به پیشبرد آن فکر کنید، باید اطمینان حاصل کنید که سلول‌های اندام می‌توانند به درستی به هم متصل شوند و کار کنند.

او افزود: “مردم باید در مورد آنچه ما به دست آورده ایم هیجان زده و مشتاق باشند، اما همچنین متوجه باشند که این گامی در مسیر است.” “و این یک مسیر دشوار است.”

بیرلا خاطرنشان کرد، محققان همچنین باید اجزای فردی قلب مهندسی شده زیستی را تغییر دهند تا در نهایت به نقطه ای برسند که این اندام بتواند در طول زندگی بیمار به درستی عمل کند.

وی افزود: «نمی توان گفت دقیقا چقدر طول می کشد، اما ما پیشرفت های سریعی داشته ایم و امیدواریم بتوانیم در چند سال آینده این فناوری را به بازار عرضه کنیم.

در این میان، مداخلات چاپ زیستی قلبی ساده‌تر اما همچنان مؤثر وجود دارد که احتمالاً می‌توان در این مسیر به دست آورد. به گفته فاینبرگ، در آینده، تکه‌های کوچکی از بافت عملکردی را می‌توان برای جایگزینی سلول‌های مرده پس از حمله قلبی، چاپ زیستی کرد.

این احتمالاً تمام آن چیزی است که بسیاری از مردم به آن نیاز دارند، و قطعاً نسبت به پیوند کامل سودمند است.»

او افزود، چنین رویه‌هایی نشان‌دهنده «میوه کم آویزان است که در واقع حداکثر سود را برای افراد مبتلا به نارسایی قلبی فراهم می‌کند».

دستاورد فاینبرگ در زمینه داربست نویدبخش برای سایر زمینه های پزشکی نیز هست. او در حال کار بر روی استفاده از آن برای مبارزه با از دست دادن حجمی عضله است، که اغلب به دلیل آسیب تروماتیک یا رشد تومور ایجاد می شود. او گفت که مواد کاشته شده «به عنوان پلی برای التیام زخم‌های بزرگ‌تر از حد معمول بدن شما عمل می‌کند». اساساً سلول‌های ایمنی شما را برای کمک به بازسازی ماهیچه‌ها جذب می‌کند.»

بیشتر بخوانید: افزایش عمر قطعات سخت‌ افزاری

سایر کاربردهای احتمالی نیز کمتر چشمگیر نیستند. آنها شامل ماتریس های کلاژن پرینت سه بعدی برای ساختن نای و چاپ بافت رشد پستان برای مطالعه چگونگی مهاجرت سلول های سرطان سینه از مجاری داخلی به مجرای بیرونی هستند که در این فرآیند تهدید کننده زندگی می شوند.

اگر به واقعیت تبدیل شوند، اعضای پرینت سه بعدی می توانند به طور بالقوه جان هزاران نفر را نجات دهند و بحران اهداکنندگان عضو را که سال هاست در ایالات متحده ادامه دارد، متوقف کنند.

طبق گفته اداره منابع و خدمات بهداشتی، در حداقل سه دهه گذشته، تعداد افرادی که منتظر پیوند هستند با نرخی بسیار بیشتر از تعداد اهداکنندگان افزایش یافته است . در سال 91 بیش از 23198 نفر در لیست انتظار پیوند بودند و 6953 اهداکننده وجود داشت. در سال 2018، این فهرست به 113759 نفر رسید، اما تعداد اهداکنندگان تنها 17554 نفر بود.

اما حوزه اندام های پرینت سه بعدی، مسائل اخلاقی مختلفی از جمله دسترسی را نیز به وجود آورده است.

فاینبرگ گفت: «این فقط این نیست که بتوانیم آن را انجام دهیم. همچنین این است که چگونه آن را به عنوان چیزی که سیستم مراقبت های بهداشتی می تواند جذب کند انجام دهیم؟ اگر فقط افرادی که می توانند هزینه سفر SpaceX به ماه را داشته باشند همان کسانی باشند که می توانند یک قلب چاپ شده را بخرند، این یک مشکل است.

به گفته Birla از BIOLIFE4D، این موضوع بالقوه مستحق بررسی است.

او گفت: “هدف ما این است که این فناوری را در اختیار افرادی قرار دهیم که بیشتر به آن نیاز دارند و گزینه ای نجات بخش برای این بیماران ارائه دهیم.” مانند هر فناوری جدید، باید نظارت شود تا برای اهداف نادرست مورد سوء استفاده قرار نگیرد.

یک رویکرد اخلاقی

برای دکتر برندان والد، مدیر اخلاق پیوند و سیاست در بخش اخلاق پزشکی NYU Langone Health، موضوع دسترسی مهم است اما غیر قابل حل نیست. با این وجود، او گفت، سؤالات اخلاقی دیگری وجود دارد و باید با بلوغ فناوری و علم در نظر گرفته شود.

به عنوان مثال، آیا دسترسی به اندام‌های پرینت سه‌بعدی قابل دوام اگر در دسترس باشند خطر تقویت عادات بد سلامتی را به همراه خواهد داشت؟

او گفت: «در حال حاضر، این چیزهای علمی تخیلی است، اما من تعجب نمی‌کنم اگر به نقطه‌ای برسیم که مهندسی زیستی اندام‌ها واقعاً خوب باشد. چرا اگر می‌توانید جگرتان را فراموش نکنید. فقط یک جدید رشد کنید؟”

ملاحظات بسیار نزدیک‌تر مربوط به آزمایش این نوآوری‌ها بر روی افراد است. از آنجایی که دانشمندان می‌توانند از مدل‌سازی حیوانی چیزهای زیادی بیاموزند، اندام‌های چاپ‌شده زیستی در نهایت باید از نردبان آزمایش بالاتر بروند. به طور بالقوه برای انسان‌های مرگ مغزی تحت حمایت حیات که قبلاً رضایت داده بودند به عنوان مدل‌های آزمایشی خدمت کنند. اما اینها همان اهداکنندگانی هستند که می‌توان اندام‌های حیاتی آنها را برای نجات جان‌های دیگر در حال حاضر برداشت.

والدین گفت: «این ممکن است این آزمایش را غیرممکن کند. زیرا سایر اندام های مهم برای نشان دادن کارایی اندام مهندسی شده برداشته شده اند.

این واقعیت که هیچ ساختار نظارتی بین‌المللی برای مقابله جهانی با چنین چالش‌هایی وجود ندارد، تنها آنها را دشوارتر می‌کند.

با این حال، اندام های مهندسی شده زیستی گزینه بهتری در مقایسه با آنچه به نام “زیست پیوند” نامیده می شود. نشان می دهد، که والدین آن را به عنوان تلاشی برای “مهندسی حیوانات برای شبیه تر شدن به انسان” برای اهداف پیوند اعضا توصیف می کند.

او گفت: “هر کسی که وجدان داشته باشد، تصدیق خواهد کرد که ما هنوز باید حداقل حقوق محدود حیوانات را رعایت کنیم، و این راه حل کاملی نیست که مشکل کشاورزی کارخانه را گسترش دهیم تا اعضای حیوانات را نیز در بر گیرد.” و اگر بتوانیم اندام‌هایی را در آزمایشگاه رشد دهیم که متناسب با افراد هستند و از سلول‌های ما مشتق شده‌اند. امیدواریم بتوانیم با مسائل رد سیستم ایمنی بهتر مقابله کنیم.

در واقع، با توجه به معیارهای عملکردی که محققان به آن دست یافته اند و پتانسیل تأثیر مثبت عمده، اکنون به نظر می رسد زمانی برای خوش بینی به جای ترس باشد.

گفت: «ما واقعاً سعی کردیم سطح چاپ زیستی را از آنچه که عمدتاً پتانسیل و اشتیاق برای کارهایی بود که ممکن است انجام دهد، بالا ببریم. و نشان دهیم که اکنون می‌توانیم کارهای جدید را انجام دهیم و آنها را به گونه‌ای انجام دهیم که هیچ فناوری دیگری نمی‌تواند انجام دهد.»

تالیف:
فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ (اقتباس از مقاله‌ای از Digital Trends)
در صورت استفاده از این مقاله، نام و آدرس فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ را به عنوان منبع ذکر کنید.