الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي: ربما لا نحتاج إلى الأعضاء الحية بعد الآن

إذا كنت تريد أن تسأل ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر استخدامًا في الصناعة الطبية ، فمن الطبيعي أن يتم حساب الأطراف والأعضاء.

في جسم الإنسان ، الطبيعة الأكثر قابلية للاستبدال هي الأطراف والأسنان وما شابه. الوظائف الرئيسية لهذه الأجزاء تساعد أفعال الناس وحياتهم ، ووظائفهم واحدة ، وبالتالي فإن الهيكل بسيط نسبيًا. علاوة على ذلك ، فإن عدم اكتمال الأطراف من الناحية النظرية بالكاد له تأثير كبير على حياة الإنسان. لذلك ، الأطراف الصناعية والأطقم شائعة ، وبمجرد ظهور تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يتم تطبيقها بشكل طبيعي على هذا المجال.

في الوقت الحالي ، أصبحت تقنية الأطراف الاصطناعية ثلاثية الأبعاد في الطباعة ناضجة للغاية وقد استخدمت على نطاق واسع. فتاة في إنجلترا لديها نخيل ثلاثي الأبعاد ، وعامل مهاجر لديه جمجمة ، وحتى الشركة الأسترالية CSIRO يمكنها أن تصمم نخبة التيتانيوم والأضلاع لإنشاء صندوق ثلاثي الأبعاد.

أظهرت دراسة حديثة لنا أيضًا إمكانية الجمع بين الطباعة AI والطباعة ثلاثية الأبعاد. قام فريق من الباحثين في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ومختبر شوليويل لطب الأسنان ببناء شبكة عالمية لمواجهة (GAN) لتوليد تصميمات تاج جديدة تلقائيًا. يتنبأ شكل التاج الجديد على أساس مسح الأسنان المفقودة. أولاً ، يتم فحص جانب السن المفقودة الفك السفلي لإنتاج صورة ثنائية الأبعاد. بعد ذلك ، يتم فحص الجانب الآخر من الفكين أيضًا. يفهم GAN المسافة بين الأسنان المفقودة ويملأ الفجوة ثلاثية الأبعاد بتصميم تاج جديد.

من المتوقع أنه بفضل دقة نمذجة GAN ، ستكون الطباعة ثلاثية الأبعاد في المستقبل أكثر انسجامًا مع الخصائص الفسيولوجية البشرية والتوجه الوظيفي. على سبيل المثال ، يمكن حل مشكلة تلقي التجويف بشكل أفضل ، بحيث يكون تركيب الطرف الاصطناعي أكثر راحة.

إذا كانت طباعة الأطراف والأسنان وغيرها سهلة ، فقد يكون جهاز الطباعة ثلاثية الأبعاد صعباً. كما يتم إجراء البحوث ذات الصلة بطريقة منظمة.

يرجع سبب صعوبة أجهزة الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى وجود عدد كبير من الأوعية الدموية بداخلها ، كما يختلف تنظيم كل عضو. على سبيل المثال ، يتكون الدماغ بشكل أساسي من عدد كبير من الأنسجة العصبية. لا تزال هناك صعوبات تقنية كبيرة في تحقيق الطباعة وزراعة الأنسجة العصبية.

لكن الخبر السار هو أن الكبد ثلاثي الأبعاد قد طبع ونجا. استخدمت شركة التكنولوجيا الحيوية الأمريكية Organovo تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد للخلايا لطباعة أنسجة الخلية التي يحتاجها الكبد في غرفة زراعة الخلايا. بعد تربيتها في وعاء ، يمكن أن تنمو لتصبح كبدًا طبيعيًا وتُزرع في جسم الإنسان. ومع ذلك ، فإن خلايا هذا الكبد تفقد نشاطها بعد طباعتها وتصبح خلايا ميتة.

بالإضافة إلى الكبد ، تتم أيضًا دراسة أعضاء مثل الكلى والبنكرياس. يعتقد الباحثون عمومًا أن الأمر يتطلب ما لا يقل عن 10 سنوات للوصول إلى أجهزة مطبوعة ثلاثية الأبعاد فعالة ومحمولة. لتطوير زراعة الأعضاء البشرية ، 10 سنوات ليست طويلة ، ولكن ليست قصيرة جدا. بمجرد أن تصبح هذه التكنولوجيا حقيقة واقعة ، فإن التغييرات التي تجلبها ستكون ثورية: لن يضطر الأشخاص الذين يحتاجون إلى الجراحة إلى الموت بشكل يائس لأنهم لا يستطيعون انتظار الأعضاء الحية ، وستصبح الأعضاء سلعًا يمكن إنتاجها على نطاق واسع. سيكون لها تأثير إيجابي على حل النقص في الأعضاء الحية وإطالة عمر الإنسان وحتى إنشاء سلسلة صناعية جديدة لإمداد الأعضاء.

يمكن أن تعود الجراحة: من "مرة واحدة" إلى "متكررة"

الطباعة ثلاثية الأبعاد تطبيق آخر له ميزة مطلقة في المجال الطبي هو الجراحة المساعدة.

الجراحة مهمة شديدة الخطورة ، خاصة بالنسبة للمعالجة الداخلية للأعضاء الداخلية مثل الأعضاء الداخلية. منذ آلاف السنين ، يتابع الأطباء بلا كلل كيفية تحسين معدل نجاح الجراحة وتحسين نوعية حياة المرضى.

في البداية ، عندما لا يكون هناك جهاز طبي بصري ، إذا كان الأطباء يواجهون مشكلة في جزء معين ، فيمكنهم فقط فتح الجسم أولاً ، ثم استكشاف موقع الآفة وإجراء العملية. في هذه العملية ، يعتمد الأطباء على تجربتهم المتراكمة لتحديد الموقع بدقة. ومع ذلك ، فإن جسم الإنسان مختلف. تحت دعم الأدوات والأجهزة الإلكترونية ، يمكن للأطباء تحديد الآفات من خلال الوسائل التقنية قبل العملية. تم تحسين دقة الجراحة بشكل كبير مقارنة بالتجربة.

سواءً كانت نعمة أولية "سكين مستقيم" أو نعمة الجهاز البصري ، فإن الجراحة لها ميزة واحدة مميزة: مرة واحدة.

مع ظهور تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، بدأت الجراحة تتمتع بميزة أخرى: التكرار.

أجرى الجراحون في مركز نورث ويست المجتمعي الطبي في شيكاغو عملية جراحية لمريض ورم في المخ ، وهي تقنية ثلاثية الأبعاد. بشكل عام ، لا يمكن رؤية تفاصيل المخ بالعين المجردة ، مما يضيف الكثير من المخاطر إلى إزالة أورام المخ. بعد فحص الدماغ وتحديد موقع الورم ، أنشأ الأطباء نموذجًا لمريض الدماغ ثلاثي الأبعاد. بعد ذلك ، من خلال هذا النموذج ، يمكن للأطباء رؤية مناطق أخرى من الدماغ غير الأورام ، ومعرفة المنطقة بالكامل من الجراحة. الأهم من ذلك ، من خلال بناء نموذج الدماغ ، يمكنهم إجراء تمارين محاكاة متعددة قبل الجراحة الفعلية للتعامل مع أي حالات طوارئ محتملة مع تجنب لمس المناطق الصحية من الدماغ التي قد تتعرض لإصابة بطريق الخطأ. .

حققت الصين أيضًا اختراقات تكنولوجية في الجراحة في تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد. في الشهر الماضي ، استخدم مركز القلب والأوعية الدموية التابع للمستشفى الثاني التابع لجامعة نانجينغ الطبية تكنولوجيا القلب المطبوع ثلاثية الأبعاد لتكرار قلب مريض القلب ، واكتشاف بنية الأوعية الدموية المعقدة في القلب ومحاكاة العمليات الجراحية المختلفة. أخيرًا ، تم تطوير أفضل خطة جراحية وسارت بسلاسة.

بعد ذلك ، عندما تتغير الجراحة من "مطرقة واحدة إلى الصوت" إلى وسيلة طبية يمكن إعادة اختبارها ، ستؤدي بلا شك إلى تحسين معدل نجاح الجراحة وتقليل الخطر بشكل كبير. من ناحية أخرى ، من خلال المحاكاة المتكررة للعملية الجراحية ، ستزداد الكفاءة التشغيلية للطبيب أيضًا ، وسيتم تقصير وقت العملية إلى حد كبير ، كما سيتجنب المريض المعاناة من التشغيل لفترة أطول.

عبور التلال ، تحتاج إلى الذهاب مهب الريح

بالإضافة إلى ذلك ، سيتم استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في صناعة الأدوية لتحقيق إمكانية قيام المرضى بطباعة الأدوية حسب الطلب ؛ صنع معدات إعادة التأهيل مثل النعال العظمية ، وأجهزة السمع ؛ يزرع الطباعة مثل العظام. يمكن القول أن تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد تؤثر على اتجاه الصناعة الطبية في جميع الجوانب.

ومع ذلك ، فإن العلاج الطبي ثلاثي الأبعاد ليس مثاليًا ، ولا يزال هناك العديد من المشكلات في الترويج له.

1. مشاكل المواد. في الحالات الجراحية السابقة ، كانت هناك في كثير من الأحيان مشاكل في عمليات الزرع في الجسم تسببت في أن يعاني المريض من ألم ثانوي ، أو مشاكل في عملية الزرع ، أو تلف في جسم الإنسان بسبب عملية الزرع. ثم ، كتقنية ناشئة ، يجب أن تراعي تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هذه المشكلة أيضًا. إذا كانت مخصصة للطباعة فقط ، فقد تكون صغيرة جدًا بالنسبة لها. إذا تمكنت من استكشاف مواد أكثر ملاءمة لجسم الإنسان ، فستصبح أيضًا جزءًا مهمًا من مصير التكنولوجيا.

2. قضايا الترويج التجاري. إذا كانت التكنولوجيا مجرد مزهرية ، يجب أن يكون مصيرها طويل الأمد. ثم ، للطباعة ثلاثية الأبعاد ، لا تزال موجودة في بعض المستشفيات ذات القوة المالية القوية. يبلغ متوسط تكلفة معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد في السوق مئات الآلاف من الدولارات ، وتكلفة المعدات في المستشفيات ذات المتطلبات العالية الدقة أعلى. على سبيل المثال ، تكون المتطلبات الطبية المتعلقة بدقة الطباعة ثلاثية الأبعاد والأوعية الدموية الموجودة على الكبد ثلاثي الأبعاد التي طبعتها شركة يابانية مرئية بشكل واضح ، والمعدات التي تحقق هذه الدقة غير مقبولة عمومًا للمستشفيات. لذلك ، قد يكون تعزيز البحث والتطوير التكنولوجي وخفض تكاليف المعدات من العوامل الرئيسية لتشجيع الغرق السريع.

3. طباعة الطاقة الحركية للجهاز. في الوقت الحاضر ، على الرغم من إمكانية إنشاء الكبد قصير العمر عن طريق تراكب الخلايا ، إلا أنها ليست وظيفة لا تعني أن لها وظيفة الكبد. في الواقع ، البيئة مثل الأواني لا تضاهى لجسم الإنسان ، لذلك سيكون هناك اختلافات في الاختبارات الدوائية. بالإضافة إلى ذلك ، تظل كيفية صنع الأوعية الدموية التي تنقل الأكسجين والمواد الغذائية مشكلة. إذا لم يتم حل هذه المشكلة ، فلن تنجو الخلايا لفترة طويلة. بالإضافة إلى ذلك ، سوف يواجه جهاز الطباعة ثلاثي الأبعاد مشكلة رفض جسم الإنسان في المستقبل. هل من الأفضل أن تتكيف مع الجسم أكثر من العضو الحي الحالي ، أم أنها غير مقبولة؟ كلنا مجهولون.

وبمجرد مشاركة أحد الأعضاء ، سيتحدث شخص ما عن القضايا الأخلاقية. ومع ذلك ، لأنه ينبغي إنقاذ الأرواح بشكل أفضل ، فلا ينبغي أن يكون الجدل حول هذه القضية شرسة بشكل خاص.

لا تزال الطباعة ثلاثية الأبعاد أمرًا جديدًا في المجال الطبي. لقد وجدنا أنه كلما تم إنشاء تقنية جديدة ، لا يمكن أن تنتظر الصناعة الطبية لتجربتها. يعكس هذا الجانب تنوع القضايا الطبية وتعقيدها ، ومن ناحية أخرى يعكس احترام الإنسان ورهبة الحياة. وسيصبح هذا الاحترام للحياة أيضًا قوة دافعة لا تنضب للممارسين الطبيين لاستخدام التكنولوجيا لعبور التلال.