جادوی چاپگرهای سهبعدی
چاپگرهای سهبعدی انقلابی در صنعت پزشکی به‌وجود آورده‌اند که دانشمندان در انتظار دستاوردهای خارق‌العاده آن در آینده هستند
چاپ سهبعدی استفاده‌های گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد اما در صنایع پزشکی، این چاپگرها، دارای 4خاصیت ممتاز هستند. این فناوری می‌تواند به ما در پیوند اعضای بدن، افزایش سرعت در پروسه یک جراحی، تولید ارزان‌تر ابزار و ملزومات جراحی و بهبود زندگی افراد متکی به اندام‌های پروتزی کمک ویژه‌ای کند. نخستین چاپگرهای سهبعدی در دهه1980 به دنیا معرفی شد. در اصل چاپگرهای سهبعدی بیشتر از آنکه شبیه به پرینتری باشد که ما در ذهن‌مان تصور می‌کنیم، یک دستگاه تولیدی است. این چاپگر، برای تولید قطعه یا قطعات نهایی از روی یک فایل سهبعدی کامپیوتری (CAD) به‌صورت لایه‌لایه به‌کار گرفته می‌شود. این فناوری در صنایع مختلفی به‌کار گرفته می‌شود، اما موضوع درخصوص پزشکی کمی تفاوت می‌کند و موضوع مرگ و زندگی انسان مطرح می‌شود. نخستین استفاده از پرینتر سهبعدی برای تولید ابزار بوده است. هدف اصلی که برای این دستگاه درنظر گرفته شده بود، کاهش زمان و هزینه اولیه ساخت نمونه‌های مختلفی از قطعات و دستگاه‌های جدید بود.
چاپ بدن انسان
یکی از آرزوهای بشر ساخت و تولید اندام‌های زنده با استفاده از دستگاه‌های چاپگر سهبعدی است. چاپ زیستی یا بیوپرینتینگ می‌تواند در آینده جان بسیاری از انسان‌ها را نجات دهد و راه‌حل مناسبی برای کسانی باشد که نیاز مبرمی به اندام‌های مختلف دارند. در حال‌حاضر چاپ‌زیستی مراحل نخستین خود را می‌گذراند، اما بدون شک در آینده شاهد آن خواهیم بود که رویاها به حقیقت تبدیل شده و انسان می‌تواند اندام‌های مورد نیاز را تولید کرده و به آسانی پیوند بزند.
نخستین استفاده در پزشکی
در اواسط دهه1990 برنامه‌ریزی برای بازسازی استخوان آغاز شد و ساخت ایمپلنت‌ها با استفاده از فناوری چاپ سهبعدی در عرصه پزشکی صورت گرفت. در ماه‌مارس2014، جراحان در سوانزی از قطعات چاپ سهبعدی شده برای بازسازی چهره یک موتورسیکلت‌سوار که در یک تصادف به‌شدت مجروح شده بود، استفاده کردند. همچنین در ماه‌می2018، چاپ سهبعدی در پیوند کلیه جان یک پسربچه 3ساله را نجات داد.
اسکنرهای پزشکی، چاپگر را تغذیه می‌کنند
در صنعت پزشکی، دستگاه‌هایی همانند اشعه ایکس، سی‌تی اسکن، MRI و سونوگرافی می‌توانند برای تولید مدل دیجیتال به‌کار گرفته شده و چاپگرهای سهبعدی را تغذیه کنند. پیش‌بینی می‌شود در سال2025، پرینت‌های سهبعدی ارزشی بالغ بر 5/3میلیارد دلار داشته باشند. درحالی‌که به‌عنوان مثال در سال2016، این رقم تنها 3/713میلیون دلار بوده است. به‌نظر می‌رسد این صنایع بین سال‌های2017 تا 2025میلادی، 7/17درصد رشد داشته باشد. به‌صورت کلی چاپ سهبعدی در صنایع پزشکی اکنون روی این 4محور متمرکز شده است: چاپ بافت‌ها و ارگانوید‌های بدن، ابزارهای جراحی، مدل‌های خاص جراحی یک بیمار و پروتزهای سفارشی.
چاپ بافت‌ها و ارگان‌های بدن
یکی از رایج‌ترین چاپ های سهبعدی، بیوپرینتینگ است. در این مدل به‌جای استفاده از پلاستیک و فلز، دستگاه به‌وسیله پیپت‌هایی که با رایانه کنترل می‌شوند، از سلول‌های زنده به‌عنوان مواداولیه چاپ استفاده می‌کند. از این روش می‌توان در تحقیقات پزشکی استفاده کرد. همچنین این کار، پیوند اعضای بدن را ارزان‌تر از قبل می‌کند.
ابزارهای جراحی
به گزارش همشهری، ساخت ابزار استریل جراحی می‌تواند با چاپگرهای سهبعدی انجام شود. بسیاری از ابزارها با این روش می‌تواند بسیار ریز ساخته شود و به‌هنگام کار آسیب چندانی به بدن بیمار وارد نیاورد. یکی از برتری‌های مهم ساخت ابزار و ملزومات جراحی به‌وسیله چاپگرهای سهبعدی به‌جای ساخت آنها با روش‌های معمول، تفاوت قیمت شان است. کاهش قیمت با استفاده از دستگاه‌های چاپگر سهبعدی اثبات‌شده و کاملا مشهود است.
مدل‌های خاص جراحی یک بیمار
با چاپگر سهبعدی می‌توان عضو مورد نیاز بدن بیمار را به‌صورت اختصاصی و مناسب با بدن او ساخت. پس از ساخت، پزشکان می‌توانند تمرینی را نیز پیش از جراحی داشته باشند که این موضوع به سرعت عمل جراحی و کاهش درد و رنج بیمار کمک ویژه‌ای می‌کند. در ژانویه2018 در بلفاست ایرلندشمالی، پزشکان برای پیوند کلیه یک خانم 22ساله توانستند تمرین مناسبی را روی کلیه فرد اهداکننده داشته باشند. اهداکننده که پدر این دختر بود، دارای گروه خونی مغایر بود و کلیه او پس از معاینه پزشکان، مستعد داشتن کیست سرطانی تشخیص داده شد. با استفاده از چاپگر سهبعدی و ماکت‌سازی، پزشکان توانستند اندازه و محل قرارگیری تومور و کیست را ارزیابی کرده و به مقابله با آن بپردازند.
پروتزهای سفارشی
ساخت اندام‌های پروتزی مناسب با فرد به‌وسیله چاپگرهای سهبعدی یکی دیگر از مهم‌ترین کارهایی است که می‌توان با این دستگاه انجام داد. ساخت اندام‌های پروتزی به بیمار اجازه می‌دهد که پروتزی مناسب و ایده‌آل برای خود داشته باشد. دانشمندان همچنان سرگرم تولید پروتزهای مناسب‌تری هستند و تلاش‌ها در این زمینه همچنان ادامه دارد.
ساخت قلب کوچک
چندی پیش دانشمندان موفق شدند، نخستین قلب جهان را با استفاده از چاپ سهبعدی بسازند. اگرچه قسمت‌هایی از بافت قلب پیش‌تر با کمک بیوپرینت‌ها یا همان چاپ زیستی ساخته شده بود، ولی این بار پزشکان و دانشمندان موفق شدند با استفاده از سلول‌های زنده بدن خود بیمار، این قلب را تولید کنند. به‌نظر می‌رسد که این شروع یک راه طولانی برای ساخت اندام‌های مختلف بدن باشد. این روش که امکان چاپ بافت‌های زنده به‌صورت لایه‌لایه را مهیا کرده است، نخستین مرتبه به‌منظور ساخت بافت یک قلب به‌کار رفت. گفته شده است با استفاده از این روش، هم‌اکنون امکان ساخت یک قلب کامل نیز وجود دارد. البته این قلب ساخته شده، کوچک و به اندازه قلب یک خرگوش است، ولی تمام محفظه‌ها و رگ‌های خونی قلب انسان را شامل می‌شود. 2نکته بسیار مهم در ساخت این قلب وجود دارد؛ اول اینکه چون برای تولید این قلب، از مواد زیستی بدن خود بیمار استفاده شده، دیگر سیستم ایمنی بدن واکنشی درخصوص آن ندارد و عضو جدید را پس نمی‌زند و دوم، بیماران با وجود این قلب دیگر مجبور نیستند در انتظار قلب اهدایی باشند و حتی جان‌شان را به‌دلیل کمبود عضو اهدایی از دست بدهند.
ماری در مقابل اشعه
دانشمندان برای تحقیق روی تأثیر پرتوها و اشعه‌های مختلف به‌کار گرفته شده در صنایع پزشکی، یک انسان با بافت‌های زنده را به‌صورت کامل توسط چاپگری سهبعدی ساختند. ماری 152سانتی‌متر قد و 6/22کیلوگرم وزن دارد. بررسی تابش پرتوها و اثرگذاری آن بر بدن انسان، دلیل اصلی ساخت ماری بوده است.
کمک به فضانوردان
اگر قرار باشد روزی فضانورد یا فضانوردانی به مریخ اعزام شوند، باید نیازهای پزشکی آنها نیز مدنظر قرار بگیرد؛ چرا که آنها نمی‌توانند به این سادگی‌ها برای درمان به زمین بازگردند. درحالی‌که سازمان‌های فضایی به‌دنبال فرستادن انسان به مریخ هستند، دانشمندان نیز قصد دارند با استفاده از چاپ سهبعدی به این فضانوردان درخصوص مسائل پزشکی کمک کنند. آنها می‌خواهند پوست و استخوان انسان را با کمک این چاپگرها تولید کنند تا فضانوردان مریخ درصورت آسیب‌دیدگی، از این دستگاه سود بجویند. در حال‌حاضر فضانوردان مریخ می‌توانند برای درمان سوختگی و استخوان‌های شکسته از چاپگرهای سهبعدی استفاده کنند. این استخوان‌های زیستی به‌وسیله سلول‌های بنیادی انسان، پلاسمای خون و ترکیبات چسبناک استخوان ساخته شده‌اند.
چاپ یک کبد: هدف نهایی در چاپ‌زیستی، تولید یک عضو کامل برای انسان است. متوسط اندازه یک کبد، 1200سی‌سی و لوب کبد، 120سی‌سی است که چاپ آن به 10روز زمان نیاز دارد. با توسعه فناوری این زمان می‌تواند کوتاه‌تر نیز بشود.
پیوند اعضا از دید اعداد و ارقام: همه ساله تعداد افرادی که در فهرست انتظار دریافت عضو پیوندی هستند، افزایش پیدا می‌کند. این درحالی است که تعداد اهداکنندگان و عضوهای موجود همچنان کم است.
در انتظار پیوند
17000کودک و بزرگسال در آمریکا از لحاظ پزشکی شرایط دریافت کبد پیوندی را داشته‌اند و منتظر هستند تا اهداکننده‌ای پیدا شود.
در سال2005 میلادی، 1848بیمار در لیست انتظار کبد از دنیا رفتند.
مشکل صنایع داروسازی: هر سال بیش از 50میلیارد دلار صرف تحقیق و توسعه نزدیک به 20داروی جدید و تأیید آن توسط انجمن دارو و غذای آمریکا می‌شود.
چگونه کار می‌کند
