پرینت سه بعدی (3D printing) یا ساخت افزودنی (Additive Manufacturing) بصورت مخفف (AM) نامیده می‌شود، یک فناوری نوین است که امکان تولید اشیاء سه بعدی با استفاده از مدل‌های سه بعدی نرم‌افزاری را فراهم میکند. در زمینه پزشکی، این فناوری برای بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد. امتیاز بزرگ پرینت سه بعدی در طراحی قطعات است که می‌توان از مواد مختلف و هندسه های پیچیده همراه با بهینه سازی وزن و قسمت‌هایی که تحت تنش قرار دارند بهره برد. در ادامه به برخی از کاربردهای مهم پرینت سه بعدی در زمینه پزشکی پرداخته می‌شود.
۱. ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی:
این فناوری می‌تواند برای ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی مانند مدل‌های سه بعدی از اعضای بدن انسان مورد استفاده قرار گیرد. این نمونه‌ها به عنوان ابزاری برای آزمایش و تحلیل فرضیات برای روش‌های درمانی استفاده می‌شوند.
- مدل‌های سه بعدی از اعضای بدن انسان:
با استفاده از پرینت سه بعدی، می‌توان مدل‌های سه بعدی دقیق از اعضای بدن انسان را ساخت. این مدل‌ها می‌توانند از اسکن تصاویر پزشکی مانند تصاویر سی تی اسکن و تصویربرداری مغناطیسی به دست آمده و سپس با استفاده از فناوری پرینت سه بعدی تولید می‌شوند. این مدل‌ها به پزشکان و محققان امکان می‌دهد تا به صورت فیزیکی با ساختار و ویژگی‌های اصلی اعضای بدن انسان آشنا شوند و در تحلیل و بررسی آنها بهره‌برداری کنند.
- آزمایش فرضیات و روش‌های درمانی:
نمونه‌های سه بعدی ساخته شده با استفاده از پرینت سه بعدی، به عنوان ابزارهایی برای آزمایش و تحلیل فرضیات و روش‌های درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعنوان مثال اگر پزشکی مشکوک باشد که یک تومور پیچیده در قلب یک بیمار وجود دارد به طور سنتی، ممکن است برای درک شکل آن و برنامه ریزی جراحی به اشعه ایکس یا اسکن تکیه کند. اما با پرینت سه بعدی، آنها می‌توانند با استفاده از داده‌های اسکن، یک ماکت در اندازه واقعی از قلب بیمار (کامل با تومور!) چاپ کنند. این فقط یک مدل پلاستیکی نیست. می‌تواند سفتی قلب واقعی، بافت و حتی جریان خون را با استفاده از مواد خاص تقلید کند.
سپس جراح می‌تواند جراحی را روی این قلب ماکت انجام دهد و بهترین راه را برای برداشتن تومور و به حداقل رساندن آسیب به بافت سالم بیابد.
مثال جالب دیگر: پزشکی در حال تولید داروی جدیدی برای درمان دیابت هست و به طور سنتی، آن را روی حیوانات یا سلول‌های داخل ظرف آزمایش میکند. اما پرینت سه بعدی به او این امکان را می‌دهد که نمونه های کوچک و سه بعدی پرینت شده از بافت پانکراس انسان با سلول های واقعی و فعال ایجاد کند و سپس می‌تواند داروی خود را مستقیماً روی این پانکراس مینیاتوری آزمایش کند و مشاهده کند که چگونه بر تولید انسولین و عملکرد کلی تأثیر می‌گذارد. این به پزشکان نتایج بسیار دقیق‌تری نسبت به روش‌های سنتی می‌دهد، به طور بالقوه سرعت توسعه دارو را افزایش می‌دهد و درمان‌های جدید را سریعتر برای بیماران ارائه میکند.
به چاپ سه بعدی در پزشکی مانند داشتن یک دستگاه کپی جادویی برای اندام ها و بافت های انسان. این به محققان و پزشکان اجازه می‌دهد بیماری‌ها و درمان‌ها را ببینند، لمس کنند و آزمایش کنند، به گونه‌ای که قبلاً هرگز امکان‌پذیر نبود. این یک دنیای کاملاً جدید از امکانات را برای پزشکی شخصی باز میکند، جایی که درمان ها را می‌توان با نیازهای منحصر به فرد هر فرد تنظیم کرد.
۲. ساخت قطعات پزشکی سفارشی:
یکی از کاربردهای مهم پرینت سه بعدی در حوزه پزشکی، ساخت قطعات پزشکی سفارشی است (مانند پروتزها). این فناوری به بیماران امکان می‌دهد تا قطعات پزشکی که به طور کامل با بدنشان سازگار هستند را دریافت کنند.
- پروتزهای سفارشی:
با استفاده از پرینت سه بعدی، قطعات پزشکی سفارشی مانند پروتزها قابل ساخت هستند. این به معنای ساخت پروتزهایی است که به طور کامل به بدن بیمار سازگار هستند و با شکل و اندازه دقیق بدن بیمار تنظیم می‌شوند. این روش به بیمارانی که نیاز به پروتز دارند، این امکان را می‌دهد تا قطعه پزشکی مناسب و سفارشی برای خود دریافت کنند و از راحتی و کارایی بیشتری برخوردار شوند. چالشی که با پروتزهایی که با روش‌های سنتی ساخته می‌شوند این است که برای همه بیماران صرف نظر از شکل، اندازه و وزن بدن و عمر آنها تقریباً برای برای همه بیماران یکسان است. این مشکل با استفاده از پرینترهای سه بعدی که می‌توانند طراحی های مطابق با نیازهای بیمار را بسازند رفع شده است. برای مثال با انجام عکس برداری x-ray از بخشی از بدن بیمار که باید ترمیم شود مثلاً با جاگذاری یک پروتز، فایل stl مستقیماً تولید می‌شود و بلافاصله می‌توان آنرا با استفاده از یک پرینتر سه بعدی ساخته و استفاده کرد.
- ساخت قطعات پزشکی دقیق:
پرینت سه بعدی امکان ساخت قطعات پزشکی با دقت بالا را فراهم میکند. با استفاده از این فناوری، قطعات پزشکی با ابعاد و هندسه دقیق مورد نیاز بیماران ساخته می‌شوند. این به معنای این است که قطعات پزشکی سفارشی با استفاده از پرینت سه بعدی، به طور دقیق به شکل و ساختار بدن بیماران تنظیم می‌شوند و از تطابق بیشتری برخوردار هستند.
- سرعت و کارایی:
استفاده از پرینت سه بعدی در ساخت قطعات پزشکی سفارشی، می‌تواند به سرعت و کارایی بیشتری نسبت به روش‌های سنتی منجر شود. فرایند پرینت سه بعدی به طور معمول سریعتر است و امکان تولید قطعات پزشکی به صورت دسته‌ای و در مقیاس بزرگ را فراهم میکند. این مزیت سرعت و کارایی به ارائه قطعات پزشکی سفارشی به بیماران به صورت سریعتر و بهینه‌تر کمک میکند.
- اسکن بدن:
تکنسین ها به جای تکیه بر اشکال عمومی، از اسکنرهای با تکنولوژی بالا استفاده می‌کنند تا یک تصویر سه بعدی دقیق از اندام باقیمانده و ناحیه ای که پروتز در آن متصل می‌شود، ثبت کنند. این یک تناسب کامل را تضمین میکند، نقاط فشار و ناراحتی را از بین می‌برد.
- طراحی اندام رویایی شما:
دوران انتخاب های محدود گذشته است. با پرینت سه بعدی، شما در کنترل هستید! اندازه، شکل و حتی رنگ پوست پروتز خود را انتخاب کنید. آیا می‌خواهید یک دست بیونیک با توانایی در دست گرفتن داشته باشید؟ مشکلی نیست! پرینت سه بعدی می‌تواند ویژگی های پیشرفته ای را برای مطابقت با سبک زندگی و نیازهای شما در خود جای دهد.
- چاپ مناسب شما:
با استفاده از طراحی شخصی شما، یک چاپگر سه بعدی با دقت لایه به لایه پروتز شما را می‌سازد و از موادی مانند پلیمرهای انعطاف پذیر و کامپوزیت های تیتانیوم برای راحتی و عملکرد بی نظیر استفاده میکند. این مانند ساختن افزونه با فناوری پیشرفته خود است!
۳. ایجاد مدل‌های آموزشی:
تصور کنید یک ماکت در اندازه واقعی و چاپ سه بعدی از جمجمه انسان با استخوان ها و بخیه های پیچیده در دست دارید. دانشجویان پزشکی می‌توانند از این مدل برای کشف آناتومی به روشی استفاده کنند که کتاب های درسی سنتی یا تصاویر دوبعدی هرگز نمی‌توانستند. آنها می‌توانند روابط بین ساختارهای مختلف را بیاموزند، رگ های خونی و مسیرهای عصبی را تجسم کنند و بفهمند که چگونه ماهیچه ها با استخوان ها تعامل دارند. این تجربه عملی درک آنها را تقویت میکند و یادگیری آناتومی را جذاب تر و تعاملی تر میکند.
۴. شبیه‌سازی عملیات جراحی:
با استفاده از مدل‌های سه بعدی، جراحان می‌توانند عملیات‌های پیش رو را به صورت مجازی شبیه‌سازی کرده و روند عملیات را در محیطی بی‌خطر قبل از انجام عمل واقعی تجربه کنند و به این ترتیب اطمینان بیشتری نسبت به نتایج جراحی داشته باشند.
۵. تحقیق و توسعه دارویی:
این فناوری می‌تواند برای تحقیق و توسعه دارویی استفاده شود. محققان می‌توانند مدل‌های سه بعدی از قطعات بدن تهیه کنند و سپس داروهای جدید را روی این مدل‌ها تست کنند.
۱. آزمایش اثربخشی دارو:
این را تصور کنید: دانشمندان یک مدل پرینت سه بعدی از ریه انسان با راه های هوایی و آلوئول های پیچیده ایجاد می‌کنند. سپس آنها این مدل را در معرض نسخه‌های مختلف یک داروی جدید آسم قرار می‌دهند و مشاهده می‌کنند که هر کدام چقدر به طور موثر راه‌های هوایی را باز می‌کنند و التهاب را کاهش می‌دهند. این داده‌های ارزشمندی را ارائه میکند که کدام یک از کاندیدهای دارویی بیشترین قول را قبل از انتقال به آزمایش‌های حیوانی یا انسانی نشان می‌دهد.
۲ . بهینه سازی تحویل دارو:
محققان می‌توانند مدل هایی از تومورها را با شبکه رگ های خونی خاص چاپ کنند. سپس سیستم‌های مختلف دارورسانی مانند ذرات ریز مملو از دارو را آزمایش می‌کنند تا ببینند کدام یک به بهترین وجه تومور را هدف قرار می‌دهند و از بافت سالم جلوگیری می‌کنند. این به توسعه روش‌های دقیق‌تر و مؤثرتر دارورسانی، کاهش عوارض جانبی و بهبود نتایج درمان کمک میکند.
۶. رهایش دارو
با استفاده از پرینت سه بعدی، می‌توان ساختارهای دارویی پیچیده‌تری را طراحی نموده و ساخت. این امر می‌تواند منجر به تولید داروهای رهایش‌دار با عملکرد بهتر و اثربخشی بیشتر شود. با استفاده از دستگاه‌های پرینت سه بعدی، می‌توان سهولت و سرعت بیشتری در تولید داروهای رهایش‌دار و همچنین داروهای شخصی‌سازی شده داشت.
۷. شبیه‌سازی بافت بدن
استفاده از پرینت سه بعدی در شبیه‌سازی بافت بدن نیز اهمیت زیادی دارد. به کمک این فناوری، می‌توان بافت‌های بدنی مانند استخوان، بافت عصبی و بافت عضلانی را تولید و برای انجام آزمایش‌ها و تحقیقات علمی به کار برد. این امر به محققان و دانشمندان امکان می‌دهد تا بیشتر با رفتار و واکنش‌های بافت بدنی آشنا شوند و روش‌های جدید را بکار گیرند.
