آینده پرینتر سه بعدی در پزشکی و دندانپزشکی دیجیتال

پرینتر سه بعدی در پزشکی و کاربردهای آن در دندانپزشکی دیجیتال، موضوع گفت‌وگوی ما با دکتر ماهادهوان، پزشک مشاور و رئیس بخش تحقیقات سلامت در مؤسسه Next Big Innovation Lab بود. دکتر ماهادهوان با سابقه‌ای درخشان در دندانپزشکی، مدرک کارشناسی ارشد در رشته داروسازی و تجربه اجرای پروژه‌های متنوع در حوزه توان‌بخشی، دیدی روشن و جامع نسبت به آینده این فناوری ارائه می‌دهد. ایشان با ترکیب دانش بالینی و پژوهشی، نشان می‌دهند که چگونه پرینتر سه‌بعدی می‌تواند روند درمان بیماران را دگرگون کرده، امکان شخصی‌سازی درمان‌ها را فراهم آورد و مسیرهای نوینی در دندانپزشکی و داروسازی باز کند.

آینده صنعت چاپ سه بعدی در حوزه سلامت

به نظر من نوآوری هایی که در چند سال اخیر در حوزه چاپ سه بعدی اتفاق افتاده بسیار زیاد بوده و این پیشرفت ها به طرز وابسته کننده ای انتظارات صنایع مختلف به خصوص بخش های فعال در حوزه سلامت را بالا برده است. به گونه ای که دیگر نمی توان آینده حوزه سلامت را بدون وجود فناوری های تولید افزایشی در نظر گرفت. اگرچه فناوری های مرتبط با تولید افزایشی از سال ۱۹۸۰ معرفی شده اند اما عملا کاربردهای جدی این فناوری در حوزه سلامت به یک دهه اخیر محدود می شود. این آینده پرینتر سه بعدی در پزشکی را می‌توان حوزه های پزشکی را دگرگون کرد.

بایوپرینتیگ، مهمترین کاربرد فناوری چاپ سه بعدی در حوزه سلامت

شاید این اولین بار باشد که کلمه Bioprinting به گوشتان خورده باشد و ممکن است این سوال برایتان پیش بیاید که آیا می‌توان با کمک فناوری پرینتر سه‌بعدی در پزشکی یک عضو یا اندام زنده برای انسان تولید کرد؟ پاسخ این سوال روی کاغذ بله هست، اما حداقل دهه‌ها طول می‌کشد که این تئوری عملی شود. چرا که حجم محاسبات لازم برای جانمایی سلول‌های مختلف به قدری بالاست که این مسئله نیاز به پیشرفت کلی فناوری در همه حوزه‌ها، من‌جمله حوزه علوم رایانه، دارد. در همین حوزه، امروزه شاهد بحث چاپ سه‌بعدی Scaffold‌ ها هستیم. Scaffold‌ ها ساختارهای داربست‌شکلی هستند که در مقیاس میکروسکوپی توسط پرینترهای سه‌بعدی در پزشکی ساخته می‌شوند و محل کشت سلول‌های زنده خواهند بود. این سلول‌های زنده از طریق Hydrogel و یا Bio ink به داخل Scaffold تزریق می‌شوند. مطالعات مربوط به Scaffold امروز با دو هدف اساسی انجام می‌شود.

•  با کمک سلول های کشت شده توسط این روش می توان تاثیر انواع داروها را بررسی کرد و هزینه های تست دارویی را بسیار پایین آورد.
•  این مطالعات در واقع مبنا و پایه ی مطالعات مربوط به ساخت اندام های زنده انسان می باشند.

چاپ سه بعدی داروی سفارشی

شاید باورکردنش سخت باشد، اما هم اکنون داروی خاصی برای بیماری صرع به صورت تجاری وجود دارد که به صورت سفارشی با پرینترهای سه بعدی تولید می شود و استاندارد FDA را نیز کسب کرده است. این باعث این شده است که آینده پزشکی با پرینتر سه بعدی روشن بشود. مزیت اصلی این دارو این است که در عرض کمتر از ۵ ثانیه با دوز بالا جذب می شود و می تواند اثر فوری داشته باشد. مزیت مهم دیگر داروهای سفارشی تولید شده با پرینترهای سه بعدی قابلیت در نظر گرفتن ویژگی های ژنیتیکی افراد در ترکیب و دوز دارو می باشد. این مساله به خصوص برای بیمارانی که برای مدت طولانی دارو مصرف می کنند بسیار حائز اهمیت می باشد. در تهیه داروهای سفارشی مسائل مهم دیگری مثل جنسیت بیمار، وزن و میزان پیشرفت بیماری لحاظ می شود. نکته بسیار حائز اهمیت دیگر طراحی شکل قرص است. بله شکل قرص. شاید به نظر مهم نیاید اما شکل قرص تاثیر بسیار مهمی در نحوه جذب دارو در بدن دارد. به همین دلیل محققین امروزه قادرند با شبیه سازی های مختلف عددی شکل و تخلخل داروها را به گونه ای بهینه سازی کنند که محل و زمان جذب دارو در سیستم گوارش کاملا مشخص باشد.

پروتز های هوشمند در پزشکی

به کمک فناوری چاپ سه بعدی و براساس داده های اسکن سه بعدی، امروزه معلولین و افرادی که در حوادث عضوی از بدن خود را از دست می دهند می توانند در کمتر از چند ساعت دارای یک پروتز مناسب و راحت شوند. این مسئله با پیشرفت روز افزون الکترونیک و کنترل همراه شده، به گونه ای که حتی امکان کنترل عضوی که حرکت ندارد نیز به طور کامل فراهم شده است. همچنین پرینترهای سه بعدی امروزه قابلیت تولید گرفت های پوستی را با تون رنگ نظیر پوست بدن فرد به طور کامل دارا می باشند و این ها همه انقلابی جدید در صنعت پروتز خواهد بود.

استفاده از فناوری نانو با پرینتر سه بعدی در پزشکی

نانو متریال ها همه جنبه های مختلف زندگی ما را درگیر کرده اند. امروزه پیشرفت های فناوری نانو در جنبه های مختلف صنایع اجتناب ناپذیر هستند. امروزه برخی از مواد نانو جایگزین های بسیار بهتری برای انواع متریال های فلزی در ساخت ایمپلنت های پزشکی و دندان پزشکی به شمار می روند. مواد با پوشش های نانوی خاص که با الیاف کربن تقویت شده اند با نسبت های استحکام به وزن بسیار بالا و سازگاری خوب با بدن انسان شرایط بسیار بهتری برای ساخت ایمپلنت ایجاد خواهند کرد. پرینترهای سه بعدی به عنوان یک Work flow قوی و بسیار مناسب می توانند برای تولید قطعات و ایمپلنت ها با استفاده از فناوری نانو استفاده شوند و این می تواند یک ترکیب بسیار مفید و هوشمندانه باشد.

دندانپزشکی دیجیتال (Digital Dentistry)

دندانپزشکی از شاخه هایی است که در آن از ظرفیت های تولید افزایشی به صورت بیشتر و بهتری تا کنون استفاده شده است. اسکنرهای سه بعدی داخل دهانی، پرینترهای سه بعدی بسیار دقیق و حرفه ای به همراه نرم افزارهای دقیق طراحی دیجیتال، امروزه یک Work flow بسیار خوب در دندانپزشکی دیجیتال ایجاد کرده اند. امروزه از ساخت کست های گچی (Working Model) گرفته تا ساخت انواع روکش های موقت و دائم دندانی با پرینترهای سه بعدی انجام می شود. به علاوه اینکه هر روز در این زمینه گشایش های جدیدی حاصل می شود و موارد جدیدی مطرح می شود که کار های لابراتواری را کاهش داده و همه چیز را در عرض چند ساعت به انجام می رساند.

یکی از تجاری ترین و پرکاربردترین اتفاقاتی که در صنعت دندانپزشکی دیجیتال افتاده است، بحث ارتودونسی دیجیتال می باشد. در این روش اسکن سه بعدی از فک بیمار تهیه می شود که به همراه یک مدل سه بعدی سی بی سی تی می توانند وضعیت قرار گیری دندان ها و استخوان فک بیمار را نمایش دهند. سپس موضع اپتیمم و بهینه قرارگیری دندان ها در وضعیت دلخواه نیز به نرم افزار داده می شود. نرم افزار بر اساس وضعیت ابتدا و انتها گام های میانه را ایجاد میکند و طی یک برنامه ریزی چند ماهه دندان های بیمار را جابه جا می کند. برای این کار در هر هفته یک آرایش از دندان ها در دهان بیمار انتخاب میشود و برای آن یک کست با استفاده از 3D printer تولید می شود. از روی این کست، یک قالب شفاف با روش هایی نظیر Vacuum forming گرفته می شود. این قالب شفاف روی دندان ها قرار می گیرد و با نیرویی که به دندان ها وارد می کند دندان ها را به سمت اصلاح موقعیت، حرکت می دهد. پس از طی زمان لازم، بیمار به پزشک مراجعه می کند و پس از تایید صحت جابه جایی ها قالب بعدی را دریافت می کند.

کاربرد پرینتر سه بعدی در پزشکی و جراحی

• ساخت سرجیکال گاید: ساخت استندهای جراحی (Surgical Guide) یکی از کاربردهای بسیار هوشمندانه و مهم از پرینترهای سه بعدی در پزشکی است. افزایش سرعت جراحی، کاهش ریسک و در برخی موارد کاهش دوره نقاهت بیمار از مزایای ساخت استند جراحی و یا سرجیکال گاید می باشد.
• مدل های آموزشی آناتومی: یکی از کارهای خوب دیگری که با استفاده از پرینترهای سه بعدی صورت گرفت، ساخت مدل های سه بعدی دقیق با استفاده از فایل های رادیوگرافی سه بعدی از اشخاص حقیقی بود. به این ترتیب نه از هزینه های گزاف مدل های آناتومی خبری بود و نه به اجساد پی در پی نیازی. به علاوه اینکه با کمک نرم افزارهای سه بعدی می توان هر بافت دلخواه را جداگانه ساخت و مورد بررسی و تجزیه تحلیل قرار داد.
• مدل های قبل از عمل: در برخی از موارد مدل های سه بعدی قبل از جراحی نیز بسیار راهگشا هستند. تشخیص صحیح بیماری قبل از عمل، فرم دادن مش و ایمپلنت قبل از عمل و همچنین مطمئن شدن از صحت نشست ایمپلنت ها از کاربردهای مهم این مدل ها می باشد. به علاوه این مدل ها می توانند برای طرح ریزی و برنامه ریزی جراحی توسط تیم درمان نیز بسیار مفید باشند.

حال با توجه به پیشرفت‌های پرینتر سه بعدی در زمینه‌های حوزه سلامت به خصوص در پزشکی و دندانپزشکی می‌توان متصور شد که در آینده‌ی نه چندان دور اکثر کارهایی که در گذشته انجام دادن آنها سخت و پیچیده بوده با کمک پرینتر های سه بعدی آن ها به کاری روتین و دم دستی تبدیل شود که خود قدمی بسیار بزرگ است. یکی از تجاری ترین و پرکاربردترین اتفاقاتی که در صنعت دندانپزشکی دیجیتال افتاده است، بحث ارتودونسی دیجیتال می باشد. این فقط یک مثال بود می‌توان خیلی از بخش های پزشکی و داندانپزشکی را دیجیتالی و مدرن کرد.