کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی
مقالات

کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی

5/21/2023 9:41:08 AM
559 مشاهده

 کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی

 کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی

شاید این سوال در ذهن شما نیز شکل گرفته باشد که کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی چیست و پرینت سه بعدی در پزشکی چگونه کار می کند؟ اگر به دنبال پاسخ این سوال هستید تا انتهای این مطلب همراه چاپ کهن باشد.

 پرینتر سه بعدی در پزشکی

پرینت سه بعدی در پزشکی بخشی از فرآیند ابتکاری به نام ساخت افزودنی یا همان چاپ سه بعدی است که به معنای تولید اجسام جامد سه بعدی از یک فایل دیجیتال است. با پیشرفت تکنولوژی، محققان روی راه حل های مختلفی کار می‌کنند. برای مثال، مهندسان دانشگاه بوفالو فناوری جدیدی ایجاد کرده‌اند که فرآیند چاپ را سرعت می‌بخشد. نکته قابل توجه در مورد این فناوری خاص مبتنی بر هیدروژن این است که بسیار سریع‌تر از روش‌های چاپ سه بعدی قبلی است. حدودا تا 50 برابر سریع‌تر. در نتیجه کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی و مراقبت های بهداشتی می‌تواند تولید دارو و تولید تجهیزات پزشکی را متحول کند. همچنین می‌تواند روش‌های جدیدی را برای آموزش پزشکی، بهینه‌سازی زنجیره‌های تامین و ارائه خدمات پزشکی ارزان‌تر و شخصی‌تر ارائه دهد. بیایید نمونه های امیدوارکننده را ببینیم!

 پرینتر سه بعدی در پزشکی

 تجهیزات پزشکی شخصی سازی شده

این یک واقعیت که تجهیزات پزشکی قیمت بالایی دارند بر کسی پوشیده نیست. این امر حتی در کشورهای توسعه یافته نیز کاملا به چشم می‌خورد برای مثال مجموع هزینه‌های مربوط به دستگاه‌های پزشکی در ایالات متحده در سال 2018 به حدود 200 میلیارد دلار رسید. در نتیجه کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی برای حل این مشکل به کمک بیماران و پزشکان می‌آید. 

 • ساخت آتل و مدل‌های پزشکی

 بنابراین ساخت تجهیزاتی مانند، آتل‌های پرینت سه بعدی، مدل‌های پزشکی استفاده شده قبل از جراحی یا سایر ابزارهای ضروری برای بهبودی بیمار با چاپ سهه بعدی می‌توانند باعث صرفه‌جویی در هزینه‌های هنگفتی شوند. در حال حاضر نمونه های درخشانی از کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی در جهان وجود دارد و مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 • ساخت آتل و مدل‌های پزشکی

یکی از نمونه‌های بارز کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی طرحی است که ایان مک‌هیل، دانش‌آموز دبیرستان اشتاینرت ایالات متحده، برای تولید اسپلینت‌های انگشت طراحی کرد. در واقع یک پرینتر سه بعدی ارزان قیمت این آتل را به سرعت و با قیمت مناسب تولید و چاپ کرد. با استفاده از پلاستیک ABS و به میزان در حدود 2¢ در ده دقیقه! در نتیجه چاپ سه بعدی برای کشورهای در حال توسعه، که معمولاً اسپلینت‌ها را فقط به صورت عمده از خارج از کشور می‌توانند تهیه کنند، بنابراین، فرایند ساخت افزودنی فرایندی ارزان‌ترین راه‌حل برای جوامع فقیر در زمینه پزشکی می‌تواند باشد. در عین حال، می تواند به طور موثر نیازهای شخصی را برآورده کند.

 • ساخت میکروسوزن‌ها

در ادامه بررسی کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی به بررسی تولید میکروسوزن‌ها برای نظارت مؤثر بر دیابت توسط دانشمندان استرالیایی خواهیم پرداخت. این سوزن‌های دارای تهاجم و درد کمتری نسبت به سوزن‌های دیگر هستند. همچنین این میکروسوزن‌ها راه مؤثری برای پایش مداوم گلوکز ارائه داده و مسیری تازه‌ای را به سوی خود دارو و مصرف دارو باز می‌کنند.

 • ساخت میکروسوزن‌ها

کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی نیز در آغاز همه گیری کووید-19 نقش مهمی ایفا کرد. تولید فوری سه بعدی تجهیزات حفاظت شخصی مانند ماسک و دستکش به معنای واقعی کلمه جان پرسنل بیمارستان را  در کشورهای توسعه یافته نجات داد. در واقع، پرینت سه بعدی به یک فناوری حیاتی تبدیل شد و از بیمارستان‌ها و خطوط مقدم حمایت کرد. 

 مدل‌هایی برای برنامه ریزی و آموزش جراحی

پرینت سه بعدی همچنین می تواند به تحقیقات پزشکی و نتیجه عملیات پیچیده و به ویژه موارد چالش برانگیز کمک کند. محققان در چین و ایالات متحده از مدل پرینت سه بعدی تومورهای سرطانی برای کمک به کشف داروهای جدید ضد سرطان و درک بهتر نحوه رشد و گسترش تومورها استفاده می‌کنند. مدل‌های سرطانی چاپ‌شده به کمک دستگاه سه بعدی حتی می‌توانند «ناهمگونی سه‌بعدی تومورهای واقعی را تقلید کنند».
کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی به اینجا ختم نشد. محققان همچنین از اسکن قلب حیوانات برای ایجاد مدل‌های چاپی استفاده کرده‌اند و سپس لوازم الکترونیکی انعطاف پذیر را در بالای آن مدل‌ها اضافه کرده‌اند. این ماده را می‌توان از روی مدل چاپ شده جدا کرد و دور قلب واقعی پیچید تا یک تناسب کامل داشته باشد. گام بعدی ارتقای لوازم الکترونیکی با چندین سنسور است.

 مدل‌هایی برای برنامه ریزی و آموزش جراحی

از پرینت سه بعدی در پزشکی می توان برای چاپ مدل های اندام استفاده کرد. این موارد همچنین می تواند برای آموزش بیمار و برنامه ریزی قبل از عمل جراحان مفید باشد. اخیراً، دانشمندان از ترکیبی از MRI و تصویربرداری اولتراسوند به همراه فناوری چاپ سه بعدی برای کمک به پزشکان برای آماده شدن برای جراحی های جنین استفاده می‌کنند. با استفاده از مدل پرینت سه بعدی، پزشکان می‌توانند به راحتی موانع احتمالی را شناسایی کرده و خطر جراحی روی نوزادان مبتلا به اسپینا بیفیدا، یک ناتوانی مادرزادی را کاهش دهند.

 مدل‌هایی برای برنامه ریزی و آموزش جراحی

نمونه دیگر چاپگر سه بعدی آناتومی دیجیتال Schiner 3D Repro GmbH است. این دستگاه می‌تواند به شبیه‌سازی آناتومی‌ها و آسیب‌شناسی‌ها با مدل‌های چاپ سه‌بعدی فوق‌العاده واقعی کمک کند، نیاز به جسد انسان و حیوان را کاهش دهد، از تکرارپذیری و شتاب بالا در فرآیند اعتبارسنجی طراحی اطمینان حاصل کند.

 پروتز و ایمپلنت

در سراسر جهان، بیش از 30 میلیون نفر به وسایل حرکتی مانند پروتز نیاز دارند، در حالی که 80 درصد از افراد قطع عضو در جهان به پروتزهای مدرن دسترسی ندارند. با این حال، ایجاد پروتزهای سنتی بسیار وقت گیر و مخرب است، به این معنی که هر گونه اصلاح قالب‌های اصلی را از بین می‌برد. با همکاری Autodesk Research و CBM Canada، محققان دانشگاه تورنتو از پرینت سه بعدی برای تولید سریع سوکت‌های مصنوعی ارزان قیمت و به راحتی قابل تنظیم برای بیماران در کشورهای در حال توسعه استفاده کردند.

 پروتز و ایمپلنت

سازمان‌های غیر دولتی مانند Refugee Open Ware و Not Impossible نیز با چاپ سه بعدی در پزشکی به افراد نیازمند کمک می‌کنند. آن‌ها پروتزهای پرینت سه بعدی را برای پناهندگان مناطق جنگ زده تولید می‌کنند. به عنوان مثال، Not Impossible پرینترهای سه بعدی را به سودان برد، جایی که هرج و مرج جنگ باعث شده بسیاری از افراد با دست و پای قطع شده باشند. موسس این سازمان، میک ایبلینگ، افراد محلی را آموزش داد تا با ماشین آلات کار کنند، اندام‌های خاص بیمار را ایجاد کنند، و این پروتزهای جدید و بسیار ارزان را جا بدهند.

 پروتز و ایمپلنت

کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی در تولید ایمپلنت‌های پزشکی شخصی سازی شده با پرینت سه بعدی است. این امر به ویژه در موارد پیچیده و نادر مهم است. در سال 2014، جراحان هلندی تمام بالای جمجمه یک زن 22 ساله را با یک ایمپلنت چاپی سفارشی ساخته شده از پلاستیک جایگزین کردند. این بیمار از یک بیماری نادر رنج می برد که باعث می شد در داخل جمجمه او استخوان اضافی رشد کند که مغز او را فشار می‌داد. این رشد پس از گزارش سردرد شدید و سپس از دست دادن بینایی و کنترل حرکتی فرد کشف شد. در نتیجه اگر درمان نمی‌شد، استخوان اضافی او را می‌کشت.
یک تکنیک جدید پرینت سه بعدی، ایجاد ایمپلنت‌های زیست پزشکی بسیار کوچک و پیچیده است. مهندسان و دانشمندان زیست پزشکی در دانشگاه RMIT استرالیا یک پرینت سه بعدی «معکوس» ایجاد کردند که به اندازه کافی همه کاره است تا بتوانند از آن در پزشکی استفاده کند. این رویکرد شامل چاپ قالب‌های چسب است که می‌توان آن را با پرکننده بیومتریال پر کرد. هنگامی که قالب حل شد، ساختار بیومتریال باقی می ماند. 

 پرینت سه بعدی بیومواد

پرینت سه بعدی در پزشکی ابزاری قدرتمند برای مهندسی بافت است. مهم نیست که در مورد خون، استخوان، قلب یا پوست باشد. در ادامه به بررسی برخ یاز این موارد خواهیم پرداخت:

 • عروق خونی

محققان دانشگاه هاروارد اولین کسانی بودند که از یک چاپگر سه بعدی سفارشی و یک جوهر حل شونده برای ایجاد نمونه‌ای از بافت استفاده کردند که حاوی سلول‌های پوستی در هم تنیده با مواد ساختاری است که به طور بالقوه می تواند به عنوان رگ‌های خونی در آینده عمل کند. شبکه عروقی باعث می‌شود که مایعات، مواد مغذی و عوامل رشد سلولی به طور یکنواخت در سراسر بافت پخش شوند.
به عنوان گام بعدی، مهندسان کره‌ای رگ‌های خونی قابل کاشت پرینت سه بعدی را ایجاد کرده و با موفقیت آن‌ها را در موش کاشته‌اند. با این فرآیند، آن‌ها امیدوارند که رگ‌های خونی مصنوعی کارآمد مورد نیاز برای درمان بیماری‌های قلبی عروقی را توسعه دهند.

• استخوان

در ادامه کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی، پروفسور Susmita Bose از دانشگاه ایالتی واشنگتن چاپگر سه بعدی را تغییر داد تا مواد شیمیایی را به پودر سرامیکی متصل کند و داربست‌های سرامیکی پیچیده‌ای ایجاد کند که باعث رشد استخوان به هر شکلی می‌شود. این امر کمک می‌کند تا تعویض مفصل ران و زانو از طریق ایجاد یک پوشش مبتنی بر فسفات کلسیم سازگار با بدن برای مواد ایمپلنت دوام بیشتری داشته باشند. پس از یکپارچه شدن، انتظار می‌رود که ایمپلنت‌های پوشش داده شده بیشتر دوام بیاورند، احتمالاً عمر ایمپلنت‌های موجود را دو برابر می‌کند. در همین حال، محققان شروع به استفاده از مرجان‌های دریایی یا گرافن و سرامیک برای ایجاد ساختارهای استخوان مانند با چاپ سه بعدی کردند.

• استخوان

همچنین با استفاده از یک روش جدید در دانشگاه نیو ساوت ولز در سیدنی، استرالیا، پزشکان می‌توانند بافت استخوانی جدیدی را در طول جراحی دقیقاً در جایی که نیاز است ایجاد کنند. پروفسور کریستوفر کیلیان، که این فناوری را توسعه داده است، می‌گوید: «ما می‌توانیم مستقیماً به داخل استخوانی برویم که در آن سلول‌ها، رگ‌های خونی و چربی وجود دارد، و ساختار استخوان مانندی را که از قبل حاوی سلول‌های زنده است، درست در آن ناحیه چاپ کنیم.» 

 • دریچه قلب

جاناتان بوچر از دانشگاه کرنل یک دریچه قلب را با همان معماری تشریحی مانند دریچه اصلی با پرینت سه بعدی توید کرده است که به زودی روی گوسفند آزمایش خواهد شد. او از ترکیبی از سلول‌ها و بیومواد برای کنترل سفتی دریچه استفاده کرد. بوچر بر این باور است که چاپ زیستی در طی پنج سال آینده در مهندسی بافت و جامعه زیست پزشکی جذابیت بیشتری خواهد داشت و به طور بالقوه تبدیل به استاندارد در ساخت بافت پیچیده خواهد شد.

 • تکثیر گوش، بینی انسان

لارنس بوناسار از دانشگاه کرنل از عکس‌های سه بعدی گوش انسان برای ایجاد قالب‌های گوش استفاده کرد. سپس قالب‌ها را در یک ژل حاوی سلول‌های غضروف گاو معلق در کلاژن قرار داد که شکل گوش را حفظ می‌کرد در حالی که سلول‌ها ماتریکس خارج سلولی خود را رشد می‌دادند.

 • تکثیر گوش، بینی انسان

دانشمندان کانادایی برای بیماران مبتلا به سرطان پوست بینی مصنوعی چاپ کردند. در این چاپ از سلول‌های غضروف بینی واقعی انسان که توسط افرادی که عمل جراحی بینی انجام می‌دهند، با هیدروژل مبتنی بر کلاژن اهدا شد، استفاده شد. با این حال، عمل بینی نیاز به جراحی دارد، در حالی که دانشمندان چینی تحقیقاتی را روی موش هایی که گوش را مستقیماً در داخل حیوان چاپ می کردند، آغاز کردند.

 • پوست مصنوعی

 • پوست مصنوعی

در سال 2017، جیمز یو در دانشکده پزشکی ویک فارست در ایالات متحده و محققان دانشگاه مادرید نمونه اولیه یک چاپگر سه بعدی را توسعه دادند که می تواند پوست مصنوعی ایجاد کند. در نتیجه کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی برای پیوند بیمارانی که دچار سوختگی شده‌اند یا سایر مشکلات پوستی دارند، نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین ممکن است در تحقیقات یا آزمایش محصولات آرایشی و بهداشتی، شیمیایی و دارویی استفاده شود.
یک قدم مهم رو به جلو برای پیوند پوست و قربانیان سوختگی، توسعه پوست زنده است. محققان موسسه پلی تکنیک Rensselaer روشی را برای چاپ سه بعدی پوست زنده همراه با رگ های خونی ابداع کردند.

 • اندام‌های مصنوعی

وقتی صحبت از اندام‌های پرینت سه بعدی می‌شود، مردم تمایل دارند به ماشینی فکر کنند که می‌تواند اندام‌های انسان را به راحتی با دسترسی بالا و قابل کاشت تولید کند. با این حال، واقعیت بسیار دور از این تصویر خوش بینانه است.
محققان در سراسر جهان در حال کار بر روی راه‌حل‌های ممکن هستند: Organovo با موفقیت در سال 2014 بافت‌های کبد را چاپ کرد. سپس به نظر می‌رسید که آن‌ها 4 تا 6 سال از چاپ قطعات کبد برای پیوند فاصله دارند. Organovo به همراه مؤسسه تحقیقاتی کودکان مرداک حتی کلیه‌های مینیاتوری انسان را در آزمایشگاه ساخت.

 • اندام‌های مصنوعی

اندام‌های چاپ‌شده زیستی همچنین می‌توانند در صنعت داروسازی برای جایگزینی مدل‌های حیوانی برای تجزیه و تحلیل سمیت داروهای جدید استفاده شوند. رهبران کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی  انتظار دارند در حدود یک دهه آینده پیشرفت کنند. در مصاحبه ای برای سایت Patreon، اریک گاتنهولم، مدیر عامل شرکت CELLINK، گفت: "در حدود یک دهه آینده شاهد عملکرد کامل اندام‌ها خواهیم بود."

 آینده داروسازی: داروهای پرینت سه بعدی

در سال 2015، FDA اولین داروی ساخته شده توسط پرینترهای سه بعدی را تأیید کرد و در سال 2021، دومین داروی مشابه تأیید شد. شرکت داروسازی چینی Triastek، Inc. مجوز تحقیقاتی جدید (IND) را از FDA برای اولین محصول دارویی چاپ شده سه بعدی خود، T19، که برای درمان آرتریت روماتوئید طراحی شده است، دریافت کرده است. 
در سال 2020 FabRx اولین چاپگر سه بعدی دارویی را برای تولید داروهای شخصی سازی شده منتشر کرد. "M3DIMAKER" می‌تواند داروی شخصی سازی شده را به سرعت چاپ کند( حدود 28 قرص در دقیقه). تصور کنید که توزیع دارو با چاپگر سه بعدی در داروخانه‌ها چقدر می‌تواند سریع باشد! یا تصور کنید اگر بتوانیم در خانه قرص‌ها را چاپ کنیم، نگرش ما نسبت به داروخانه‌ها چقدر متفاوت خواهد بود.

 کلام آخر

پرینت سه بعدی در پزشکی یکی از عجیب‌ترین فناوری‌هایی است که واقعاً پتانسیل تغییر پزشکی و مراقبت‌های بهداشتی را با هزینه کم، دسترسی بالا و شخصی سازی مراقبت‌ها بهداشتی به وجود آورد. اگر چاپگرها پیچیده‌تر شوند، مواد زیستی چاپ به طور ایمن تنظیم شوند و عموم مردم در مورد نحوه عملکرد چاپ سه‌بعدی درک مشترکی پیدا کنند، می‌تواند عصر جدیدی را به ارمغان بیاورد. در نتیجه کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی به این موارد یکه اشاره کردیم ختم نخواهد شد و ه روزه شاهد پیشرفت بیشتر این صنعت خواهیم بود.

نظر شما درباره کاربردهای چاپ در صنعت پزشکی و تولید لوازم پزشکی چیست؟