چگونه فناوری چاپ سه بعدی جان ما را نجات خواهد داد؟

عمل جراحی، شبیه سازی اندام­ها و ساخت دارو با کمک چاپ سه‌بعدی

چگونه فناوری چاپ سه بعدی جان ما را نجات خواهد داد؟ هنوز انسان­های بیمار و نا امید بنا به دلایلی، نمی‌‌توانند از پزشکی پیشرفته آن گونه که باید بهره ­مند شوند. کسانی که در انتظار اهدای عضو هستند، باید در فهرست‌‌های طولانی منتظر باشند و اگر سرانجام اهداکننده ­ای هم پیدا کنند، ممکن است بدن آن­ها این عضو جدید را پس بزند.

بیمارانی که برای کمک به درمان خود نیازمند ابزار و تجهیزات خاصی هستند که از مواد کمیاب و گران تهیه می‌‌شوند، اغلب برای تهیه آن مجبور به پرداخت هزینه‌‌های گزاف هستند. کسانی که در کشورهای درحال توسعه زندگی می‌‌کنند، به این تجهیزات پزشکی پیشرفته دسترسی ندارند و ناچارند به بازار سیاه روی آورند که غیرقابل اعتماد و خطرناک است.

این موضوعات، تنها تعداد انگشت­ شماری از مشکلاتی بودند که به کمک فناوری چاپگرهای سه بعدی می‌‌توان آن را برطرف کرد. روشnهای ساخت تجهیزات شخصی و کاملاً سفارشی شده و مناسب با نیازهای هر بیمار است. همچنین استفاده از موادی که ارزان­تر از گزینه‌‌های معمول هستند از جمله مزایای عمده استفاده از این فناوری است. مهمتر از آن، تجهیزات چاپ سه­ بعدی را می­توان به هر جایی برد؛ بنابراین کسانی که در نقاط دور دست زندگی می‌‌کنند نیز می‌‌توانند از این مزایا بهره ­مند شوند.

آینده چه چیزی را برای ما به ارمغان خواهد آورد؟

همین حالا هم چاپ سه‌ بعدی  با شبیه ­سازی اندام قطع شده، توانسته است زندگی تازه ای به انسان‌‌های نیازمند هدیه کند و ابزارهای توان­بخشی کاملاً سفارشی و مناسب با وضعیت جسمانی بیمار، کمک بسیاری به آن­ها کرده است، اما به نظر می‌‌رسد آینده قرار است از این هم روشن­تر و هیجان انگیزتر باشد.

در اینجا قصد نداریم وقتی صحبت از آینده چاپ سه‌بعدی در میان است، درباره کاربردهای کم اهمیت آن صحبت کنیم، مواردی که در آن فناوری دیجیتال این امکان را در اختیار ما قرار می‌‌دهد که برای مثال بدون نیاز به مراجعه به عینک­سازی، عینک جدیدی برای خود بسازیم و به این شکل در وقت و هزینه خود صرفه­ جویی کنیم؛ هرچند همین موارد استفاده نیز پیشرفت بزرگی محسوب می‌‌شود.

مقصود اصلی این است که چگونه می‌‌توان در آینده با کمک فناوری چاپ سه بعدی تجهیزات پزشکی ­ساخت که بتواند به بیماران در روند سلامتشان کمک کند. در حال حاضر، صحبت‌‌های زیادی درباره چاپ سه‌بعدی  بافت‌‌های بدن انسان وجود دارد، اما همچنین می­توان از چاپ سه‌بعدی  برای کمک به انجام بهتر اعمال جراحی بهره گرفت.

فرقی نمیکند که با استفاده از فناوری چاپگرهای سه بعدی ، یک دوربین سه لنزی پزشکی را که می­تواند درون سرنگ قرار بگیرد تولید کنید یا پروژه‌‌هایی مثل iLab Haiti را انجام دهید که طرح نوآورانه چاپ سه‌بعدی  ساده، اما مهم را برای جزیره‌ ‌هاییتی به همراه آورد تا بتوان تجهیزات مهم را به سادگی چاپ کرد؛ هرچه ایده‌‌های شما برای چاپ سه‌بعدی واضح­تر باشد، امكان محقق شدن آن در دنیای واقعی نیز بیشتر می‌‌شود.

اما آینده این فناوری چگونه خواهد بود؟

آیا می‌‌تواند شيوه مراقبت­های پزشکی و بهداشتی را برای همیشه تغيير دهد؟

ما با تعدادی از دست اندرکاران این صنعت گفت­وگو کردیم تا دریابیم که آیا امکان دارد به جای ساخت اندام­های مصنوعی مثل دست و پا، روزی به این توانایی دست پیدا کنیم تا تمام اندام‌‌های انسان را حتی کوچک­ترین آن که ساختار DNA است، چاپ کنیم؟

ساخت اندام مصنوعی با پرینتر سه بعدی

چرا علم پزشکی به چاپ سه‌بعدی  نیاز دارد؟

شاید بسیاری از ما انتظار داشته باشیم که در آینده، وقتی به سرتیتر نشریات نگاه میکنیم، شاهد خبری از معجزات چاپ سه بعدی در علم پزشکی باشیم، اما همین حالا هم یکی از گسترده­ ترین نمونه‌‌های چاپ در تعدادی از مؤسسات پزشکی برای ساخت اندام مصنوعی استفاده می­شود. در حال حاضر، حتی حیوانات نیز از فناوری چاپ سه بعدی برای ساخت اندام مصنوعی مثل پاهای صدمه دیده بهره مند می‌‌شوند. همچنین با ساخت ابزارهایی که باعث می­شوند اندام شکسته تا ۸۰ درصد سریع­تر بهبود پیدا کنند، میتوان به قدرت و نفوذ این فناوری در علم پزشکی پی برد.

جسی‌‌ هارینگتون، یکی از متخصصان چاپ سه‌بعدی شرکت اتودسک که در زمینه طراحی نرم افزارهای سه بعدی شهرت جهانی دارد، دلیل رشد فزاینده چاپ اندام مصنوعی را میزان انعطاف­ پذیری بالای آن­ها عنوان می‌‌کند. او می‌‌گوید: «از آنجا که در ساخت این اندام به جای پلاستیک فشرده و پرحجم از مواد نایلونی سبک­تر با شبکه‌‌های توری شکل تیتانیوم استفاده می‌‌شود، از پروتزهای سنتی کم وزن­تر خواهند بود.

همچنین این نمونه از چاپ سه بعدی به راحتی مطابق با وضعیت بدنی کاربر قابل سفارشی­ سازی است که نه تنها میزان راحتی در استفاده را افزایش می‌‌دهد، بلکه می‌‌توان آن را به هر شکلی که مدنظر پزشک است، طراحی کرده و به توانمندسازی افراد به ویژه کودکان کمک کرد.»

کاهش هزینه های تولید اندام مصنوعی توسط پرینتر سه بعدی

‌‌هارینگتون می‌‌افزاید: «چاپ سه‌بعدی هزینه تولید اندام مصنوعی را نیز به شدت کاهش می‌‌دهد و به طور تقریبی می‌‌توان یک عضو را با ۷۰ دلار تولید کرد. اندام‌‌هایی که با استفاده از تکنیک‌‌های ساخت سنتی تولید می‌‌شوند، می‌‌توانند تا هزاران دلار هزینه داشته باشند که توان پرداخت چنین هزینه‌‌هایی از عهده همگان خارج است.» موضوع به همین جا ختم نمی‌‌شود، گستردگی احتمالات شخصی ­سازی در فناوری چاپ سه‌بعدی به این معنا است که می‌‌توانید اندام مصنوعی را چاپ کنید که بسیار بیشتر به اندام واقعی انسانی شبيه هستند.

برای مثال، قرار دادن سنسور تشخیص حرارت داخل دست مصنوعی چاپ شده، می‌‌تواند به شیوه جدیدی حس لامسه را به کاربر منتقل کند یا یک پای چاپ سه‌بعدی شده مجهز به سنسورهای حرکتی، به شیوه کاملاً جدیدی احساس بهتری را برای کاربر به همراه می‌‌آورد.

هارینگتون همچنین معتقد است که به زودی شاهد تیمی‌‌ به نام اندام‌‌هایی خواهیم بود که به مجموعه ای از سنسورها و سایر تجهیزات الکترونیکی مجهز هستند. برای مثال، عضو مصنوعی را می‌‌توان به بل سنسورهای حرارتی مجهز کرد یا مثل دستگاه های FitBit ابزارهای کنترل ضربان قبل را به آن­ها اضافه کرد. این سنسورها و تجهیزات جانبی دیگر نه تنها به ساخت دست مصنوعی بسیار شبیه به دست واقعی کمک می­کنند، بلکه می‌‌توانند وضعیت زندگی روزمره کاربر را نیز ارتقا دهند.

 

{ *اخیراً پزشکان مدلی سه بعدی از جنینی به نام کانن تامپسون چاپ کردند تا تشخیص دهند که او قبل از به دنیا آمدن و داخل رحم نیاز به جراحی دارد یا نه. }

آمادگی برای عمل جراحی با چاپگر

چاپ سه‌بعدی می‌‌تواند انقلابی در اعمال جراحی پدید آورد، اما تا محقق شدن آن می‌‌توان از این فناوری برای کمک به برنامه­ ریزی بهتر و دقیق­تر جراحی به شیوه­ ای کاملاً جدید استفاده کرد و اطلاعاتی در اختیار متخصصان جراحی قرار داد که در گذشته هرگز به آن دسترسی نداشته ­اند. پیش از این نیز تعدادی از پزشکان از چاپ سه بعدی برای ساخت مدل‌‌هایی در شکل و ساختار واقعی از بیماران برای کسب اطلاعات دقیق­تر درباره تصمیمات جراحی خود استفاده کرده ­اند. اخيرا پزشکان مدلی سه بعدی از جنینی به نام کانن تامپسون چاپ کردند تا تشخیص دهند که او قبل از به دنیا آمدن و داخل رحم نیاز به جراحی دارد یا نه.

گلن گرین، یکی از پزشکانی که روی این پرونده کار می‌‌کرد، می‌‌گوید:

«مدل سه‌بعدی چاپ شده این جنین، این امکان را فراهم کرد تا متوجه شویم از لحاظ ظاهری در چه شرایطی قرار دارد و چگونه می‌‌توانیم به بهترین شکل ممکن از این کودک مراقبت کنیم».

اگرچه اکثر متخصصان به چشم­ انداز آینده مفاهیمی‌ ‌مثل چاپ اندام انسانی بسیار خوشبین هستند، تمامی‌ ‌آن­ها بر این باورند که چاپ سه بعدی این نوع از مدل‌‌ها می‌‌توانند در پیشرفت علم پزشکی و کاهش خطاهای انسانی در اعمال جراحی بسیار مفید و کاربردی باشند. با وجود این­که مدتی از حضور نمونه‌‌هایی از مدل‌‌های چاپ سه بعدی برای کمک به تمرینات قبل از عمل جراحی اصلی می­گذرد، اما انتظار می‌‌رود در آینده این شیوه کمکی جراحی گسترش بیشتری پیدا کند و به پدیده عادی و مرسومی ‌‌حتی در جراحی‌‌های عمومی ‌‌و ساده تبدیل شود.

شبیه سازی اندام داخلی، پوست و گوش با کمک چاپ سه بعدی زیستی

تا امروز برخی از محققان تنها اقدام به چاپ مقادیر کمی ‌‌از سلول­های انسانی و پوست مصنوعی کرده­ اند. اما پیشرفت‌‌های اخیر صورت گرفته در زمینه فناوری چاپ سه بعدی این امکان را فراهم خواهد کرد که در آینده ­ای نه چندان دور، بتوان این سلول‌‌ها را به انسان پیوند زد و درست مثل پوست یا اندام واقعی از آن‌‌ها استفاده کرد. در فوریه گذشته، گروهی تحقیقاتی به سرپرستی آنتونی آتالا از مؤسسه پزشکی ترمیمی ‌‌ویک فورست، از یک پروژه خلاقانه چاپ زیستی سه‌بعدی به نام سیستم چاپ اندام و بافت يكپارچه رونمایی کرد. این سیستم چاپ زیستی از سلول­های زنده به عنوان جوهر چاپگر استفاده کرده و بر اساس یک نقشه سی تی اسکن طرح را تزریق می‌‌کند تا بخشی از بدن انسان مثل عضله، استخوان یا حتی اعضای داخلی را به صورت سفارشی تولید کند.

 

محققان مرکز زیست شناسی تكوینی ژاپن (RIKEN) نیز فناوری مشابه دیگری را توسعه داده­ اند. تمرکز اصلی آن­ها بر ساخت بافت قابل پیوند پوست بوده است که می‌‌تواند درست شبیه به بافت زنده پوست انسان عمل کند. این بافت ساخته شده مصنوعی شبیه به ساختار سلول­­های بنیادی رفتار می­کند و می‌‌توان آن­ها را وادار کرد تا شبیه به پوستی که برای جایگزین­کردن به آن احتیاج دارند، عمل کند.

دانشمند ارشد این پروژه، دكتر تاکاشی تسوجی از مرکز زیست­ شناسی تكوینی RIKEN می‌‌گوید: «تا امروز، تولید پوست مصنوعی به تعویق افتاده است، به این دلیل که پوست فاقد اندام حیاتی مثل فولیکول‌‌های مو و غدد برون­ریز است و نمی‌‌تواند نقش مهم خود در دستور بازسازی را ایفا کند. به کمک این فناوری جدید، ما با موفقیت توانستیم پوستی را که مثل بافت طبیعی قدرت بازتولید دارد، پرورش دهیم.»

پرورش سلولهای غضروفی

در نمونه مشابه دیگری، محققان دانشگاه کرنل روشی ابداع کرده ­اند تا با استفاده از سلول­های گرفته شده از گاو، سلول‌‌های غضروفی را پرورش دهند که می­توان از آن­ها برای قالب­گیری شكل گوش استفاده کرد و آن را به بیمارانی که گوش خود را در اثر سانحه یا بیماری از دست داده­ اند، پیوند زد.

هرچند تا اینجا، این سلول‌‌های پوست، اندام پرورش داده شده و گوش‌‌هایی که به کمک گاوها ساخته می­شوند، تنها در آزمایشگاه حيوانات آزمایش شده ­اند، اما گام بعدی ساخت نمونه‌‌هایی است که می‌‌تواند با امنیت کامل به انسان­ها پیوند زده شود. نباید فراموش کرد که اولین پیروزی‌‌ها همیشه از آزمایشگاه‌‌ها ظهور پیدا می‌‌کنند.

سیمون شن، مدير عامل شرکت پیشگام در عرصه چاپگرهای سه‌بعدی، می‌‌گوید: «چاپ تمام اندام‌‌ها برای پیوند زدن چیزی است که ممکن است در آینده ­ای دور به آن دست پیدا کنیم، اما در کوتاه مدت و طی پنج سال آینده، می‌‌توان به سلول‌‌های پوست و بخش‌‌هایی از بافت‌‌های انسانی برای استفاده در مواردی خاص مثل آزمایش داروها دست پیدا کرد.»

گام بعدی فناوری چاپ سه بعدی نه تنها در زمینه پیوند اندام انسان است، بلکه استفاده از DNA خود بیمار نیز در دستور کار قرار دارد و اینجا است که چاپ سه‌بعدی بیشتر از همیشه مؤثر واقع خواهد شد.

چاپ سه بعدی دارو

یکی از مواردی که در تحقیقات توجه زیادی به آن شده، چاپ سه‌بعدی  داروها و نوع طراحی آن­ها است. سال گذشته سازمان غذا و داروی ایالات متحده اولین قرصی را که به روش چاپ سه‌بعدی تولید شده بود، تأييد کرد، اما می‌‌توان انتظار داشت که در آینده انواع مختلف داروها بر اساس نوع تقاضا، به سرعت و با قیمت اندک چاپ شود.

دلیل این­که تا این اندازه از چاپ سه‌بعدی دارو استقبال شده است،این است که در حال حاضر برای تولید و پخش داروها باید موانع زیادی را پشت سر گذاشت. این چالش‌‌ها شامل ساخت سفارشی انواع مختلفی از اشکال مورد نیاز برای تهیه دارو به شیوه­ای خاص و برای شرایط مختلف، تولید داروی مناسب با نیازهای خاص یک بیمار، كاهش قيمت و جلوگیری از افزایش داروهای تقلبی در کشورهای درحال توسعه می‌‌شود.

>> بیشتر بدانید: چاپ سه بعدی نه، تولید قطعه!

به گفته سیمون شن، مزيت واقعی چاپ سه‌بعدی در صنعت داروسازی ظرفیت بالای آن برای شخصی­سازی است. چاپ سه‌بعدی می‌‌تواند قرص‌‌ها را به اشکال و گونه‌‌های نامتعارف که ساخت آن توسط تکنیک‌‌های تولید استاندارد مشکل است، به راحتی تولید کند. شكل ظاهری و روکش این اشکال مختلف دارو را می­توان به گونه­ای تنظیم کرد که بتواند نیازهای مخصوص هر بیمار را برطرف کند. بعضی از بیماران به داروهایی نیاز دارند که به سرعت اثر می‌‌کنند، در حالی که بعضی دیگر از داروها باید به تدریج و طی دوره­ای طولانی مدت داخل بدن منتشر شوند.

با چاپ سه‌بعدی می‌‌توان تمام این نیازهای خاص را برطرف کرد. کلایو رابرتز و گروه تحقیقاتی وی در دانشگاه ناتینگهام، بر ساخت کپسولی حاوی چند داروی چاپ سه‌بعدی  کار کرده ­اند؛ به این معنا که یک کپسول می‌‌تواند حاوی انواع مختلفی از دارو با ترکیبات و مقادير متفاوت باشد که برای افرادی که برای مثال به دلیل کهولت سن یا بیماری ایدز باید روزانه ۵۰ قرص متفاوت مصرف كنند، بسیار مفید خواهد بود.

معایب فناوری چاپ دارو چیست؟

هنگامی‌‌که صحبت از چاپ دارو به میان می‌‌آید، مشکلات کاملاً واضح هستند. در دنیایی که داروهای آن دیجیتالی هستند، چه تضمینی وجود خواهد داشت یک دارو توسط افرادی که از این فناوری سوءاستفاده می­کنند، به شكل مواد مخدر چاپ و به صورت آنلاین دست به دست نشود؟ نمونه بارز سوء استفاده از این فناوری چاپ سه‌بعدی اسلحه است که هم اکنون نیز در برخی مناطق دنیا انجام می‌‌شود. برای چاپ داروهای قابل مصرف باید قوانین و ضوابط سفت و سختی وضع شود، و بر فعالیت داروخانه‌‌ها و مراکز تخصصی تولید دارو نظارت بیشتری صورت گیرد.

پروفسور لی کرونین، رئیس دوره­ای بخش شیمی‌‌ دانشگاه گلاسكو و سخنگوی برنامه TED Talk، طی گفت وگویی با نشریه Gizmodo درباره این موضوع عنوان کرد: «اگر شخصی همین حالا به فروشگاه مواد و تجهیزات شیمیایی مراجعه کند، می‌‌تواند مواد و تجهیزات لازم برای ساخت هر نوع دارویی را تهیه کند. با این­که این کار غیرقانونی بوده و برای آن قوانینی هم تصویب شده است، همچنان موارد غیرمجاز و غیرقانونی دیده می‌‌شوند، اما در نهایت اکثر مردم داروهای مجاز و قانونی تهیه می‌‌کنند.»

او در ادامه اضافه می‌‌کند: «آیا این فناوری در نهایت به سمت تولید مواد مخدر و داروهای غیرقانونی پیش خواهد رفت؟ خیر، اساساً هیچ تغييری فراتر از آن چیزی که هم اکنون به عنوان مسائل غيرقانونی مطرح است، به وقوع نخواهد پیوست. هدف والای این کار کمترکردن هزینه تمام شده تولید دارو و دسترسی جهانی راحت به داروها است.

این کار باعث می‌‌شود تمام اقلام دارویی شناخته شده از نو بازنگری و تولید شوند. حتی اگر از این فناوری به صورت غیرقانونی استفاده شود، باید به این موضوع توجه کرد که میلیون‌‌ها نفر در جهان به دلیل مشکلات دارویی، رنج می‌‌برند و تعداد زیادی از بیماران به سبب دسترسی نداشتن به دارو جان خود را از دست می‌‌دهند.»

هنوز راهی طولانی در پیش است

حتی اگر تمام این مشکلات برطرف شوند، برخی از توسعه ­دهندگان هنوز تا رسیدن به فناوری نهایی و قابل اجرا چندین سال فاصله دارند؛ چرا که به سرانجام رساندن بسیاری از این ایده‌‌ها نیاز به پشت سر گذاشتن آزمون‌‌های پیچیده و دشوار دارد و هیچ کس حاضر نیست پیش از پشت سر گذاشتن تمام آزمایش‌‌های لازم و حیاتی، از یک قلب جدید چاپ شده توسط فناوری سه‌بعدی استفاده کند.

در این مقاله، تنها درباره اطلاعات پایه و کلی آینده فناوری چاپ سه بعدی در علم پزشکی صحبت کردیم، اما بعضی از این فناوری­های چاپ سه بعدی هم اکنون نیز استفاده می شوند. سیمون شن می‌‌گوید: «در حال حاضر شاهد استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی  SLA در کارهای دندان­پزشکی هستیم. دندان­پزشکان با لمس یک دکمه روکش دندان، پل اتصال دندان و تجهیزات ارتودنسی مورد نیاز خود را کاملاً مطابق با شیارها و ساختار دهان بیمار تولید می­کنند. این همان چیزی است که انتظار داریم در آینده ­ای نه چندان دور در سایر رشته‌‌های پزشکی نیز شاهد باشیم.»

بنابراین، هرچند این مثال کاربردی در مقایسه با بعضی از پروژه‌‌های بلندپروازانه محققانی که به آن­ها پرداختیم، نمونه ساده­ای به نظر می‌‌رسد، اما پیشرفت یک فناوری از نمونه‌‌های ساده شروع می‌‌شود و به مرور زمان بهینه ­تر، دقيق­ تر و مؤثر تر خواهد شد.

بريجيت دوت، نایب رئیس شرکت Materialise Medical، می‌‌گوید: «در آینده، چاپ سه‌بعدی در پزشکی، موضوع عجیبی نخواهد بود و به کاری عادی و مورد نیاز در فرایند درمان بیماری تبدیل خواهد شد. همان قدر که انتظار می‌‌رود قبل از عمل جراحی از داروی بیهوشی استفاده شود، افرادی که تحت عمل‌‌های پیچیده قرار می­گیرند نیز انتظار خواهند داشت جراح آن­ها در برنامه­ ریزی و فرایند جراحی از چاپ سه‌بعدی بهره گرفته باشد، حتی اگر استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی تنها برای راهنمایی و برنامه­ ریزی قبل از عمل جراحی بوده باشد.»

>> بیشتر بدانید: راهنمای انتخاب شرکت پرینتر سه بعدی

سخن پایانی

مسلماً طراحی و تولید فناوری نوینی در چنین حجم و اندازهای مثل چاپ اندام داخلی بدن و پوست، بدون چالش و موانع متعددی از جمله پیامدهای اخلاقی امکان­پذیر نخواهد بود. اما همان­گونه که کرونین می­گوید:

«هدف نهایی این است که به مرور زمان جان مردم بیشتری نجات داده شود و با بهره گرفتن از فناوری بتوان به این مهم دست یافت.»