چگونه فناوری چاپ سه‌بعدی جان ما را نجات خواهد داد؟

این موضوعات، تنها تعداد انگشت‌شماری از مشکلاتی بودند که به کمک فناوری چاپ سه‌بعدی می‎توان آن را برطرف کرد. روش‎های ساخت تجهيزات، شخصی و کاملاً سفارشی‌شده 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 سه‌بعدی را می‎توان به هر جایی برد؛ بنابراین کسانی که در نقاط دوردست زندگی می‎کنند نیز می‎توانند از این مزایا بهره‎مند شوند.

آینده چه چیزی را برای ما به ارمغان خواهد آورد؟
همین حالا هم چاپ سه‌بعدی با شبیه‌سازی اندام قطع‌شده، توانسته است زندگی تازه‎ای 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 هیجان‌انگیزتر باشد.
در اینجا قصد نداریم وقتی صحبت از آینده چاپ سه‌بعدی در میان است، درباره کاربردهای کم‌اهمیت 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 شكل در وقت و هزینه خود صرفه‌جویی کنیم؛ هر چند همین موارد استفاده نیز پیشرفت بزرگی محسوب می‎شود.

مطلب پیشنهادی

فناوری که می‌تواند جهان را نجات دهد

درمان ناباروری زنان با چاپگرهای سه بعدی

مقصود اصلی این است که چگونه می‎توان در آینده با کمک فناوری چاپ سه‌بعدی تجهيزات پزشکی‌ای 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 چاپ سه‌بعدی، یک دوربين سه‌لنزی 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 تجهيزات مهم را به‌سادگی چاپ کرد؛ هرچه ایده‎های شما برای چاپ سه‌بعدی واضح‎تر باشد، امکان محقق شدن آن در دنیای واقعی نیز بیشتر می‎شود.
اما آینده این فناوری چگونه خواهد بود؟ آیا می‎تواند شیوه مراقبت‎های پزشکی و بهداشتی را برای همیشه تغییر دهد؟ ما با تعدادی از دست‌اندرکاران این صنعت گفت‌وگو کردیم تا دریابیم که آیا امکان دارد به جای ساخت اندام‎های مصنوعی مثل دست و پا، روزی به این توانایی دست پيدا کنیم تا تمام اندام‎های انسان را حتی کوچک‌ترین آن که ساختار DNA است، چاپ کنیم؟

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 سه‌بعدی در علم پزشکی باشیم، اما همین حالا هم یکی از گسترده‎ترین نمونه‎های چاپ در تعدادی از مؤسسات پزشکی برای ساخت اندام مصنوعی استفاده می‌شود. در حال حاضر، حتی حیوانات نیز از فناوری چاپ سه‌بعدی برای ساخت اندام مصنوعی مثل پاهای صدمه‌دیده بهره‎مند می‎شوند. همچنین با ساخت ابزارهايی که باعث می‎شوند اندام شکسته تا 80‌‌درصد سریع‎تر بهبود پیدا کنند، می‎توان به قدرت و نفوذ این فناوری در علم پزشکی پی برد.
جسى هارینگتون، یکی از متخصصان چاپ سه‌بعدی شرکت اتودسک که در زمینه طراحی نرم‌افزارهای سه‌بعدی شهرت جهانی دارد، دلیل رشد فزاینده چاپ اندام مصنوعی را میزان انعطاف‌پذیری بالای آن‌ها عنوان می‎کند. او می‎گوید: «از آنجا که در ساخت این اندام به جای پلاستیک فشرده و پرحجم از مواد نایلونی سبک‎تر یا شبکه‎های توری‌شکل تیتانیوم استفاده می‎شود، از پروتزهای سنتی کم‌وزن‎تر خواهند بود. همچنین این نمونه از چاپ سه‌بعدی به‌راحتی مطابق با وضعیت بدنی کاربر قابل سفارشی‌سازی 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.»

هارینگتون می‌افزاید: «چاپ سه‌بعدی هزینه تولید اندام مصنوعی را نیز به‌شدت کاهش می‎دهد و به طور تقریبی می‎توان یک عضو را با 70 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 شخصی‌سازی در فناوری چاپ سه‌بعدی به این معنا است که می‎توانید اندام مصنوعی‌ای را چاپ کنید که بسیار بیشتر به اندام واقعی انسانی شبیه هستند. برای مثال، قرار دادن سنسور تشخیص حرارت داخل دست مصنوعی چاپ‌شده، می‎تواند به شیوه جدیدی حس لامسه را به کاربر منتقل کند یا یک پای چاپ سه‌بعدی‌شده مجهز به سنسورهای حرکتی، به شیوه کاملاً جدیدی احساس بهتری را برای کاربر به همراه می‎آورد.

"اخیراً پزشکان مدلی سه‌بعدی 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"

هارینگتون همچنین معتقد است که به‌زودی شاهد اندام‎هایی خواهیم بود که به مجموعه‎ای از سنسورها و سایر تجهيزات الکترونیکی مجهز هستند. برای مثال، عضو مصنوعی را می‎توان به سنسورهای حرارتی مجهز کرد یا مثل دستگاه‎های FitBit ابزارهای کنترل ضربان قبل را به آن‌ها اضافه کرد. این سنسورها و تجهيزات 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.

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 برنامه‌ریزی بهتر و دقیق‎تر جراحی‎ به شیوه‎ای کاملاً جدید استفاده کرد و اطلاعاتی در اختیار متخصصان جراحی قرار داد که در گذشته هرگز به آن دسترسی نداشته‎اند. پیش از این نیز تعدادی از پزشکان از چاپ سه‌بعدی برای ساخت مدل‎هایی در شکل و ساختار واقعی از بیماران برای کسب اطلاعات دقیق‎تر درباره تصمیمات جراحی خود استفاده کرده‌اند. اخیراً پزشکان مدلی سه‌بعدی 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 چاپ‌شده 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 چشم‌انداز آینده مفاهیمی‎ مثل چاپ اندام انسانی بسیار خوشبین هستند، تمامی‎ آن‌ها بر این باورند که چاپ سه‌بعدی 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 سه‌بعدی برای کمک به تمرینات قبل از عمل جراحی اصلی می‎گذرد، اما انتظار مي‎رود در آینده این شیوه کمکی جراحی گسترش بیشتری پیدا کند و به پدیده عادی و مرسومی حتی در جراحی‎های عمومی‎ و ساده، تبدیل شود.

شبیه‌سازی اندام داخلی، پوست و گوش با کمک چاپ زیستی
تا امروز برخی از محققان تنها اقدام به چاپ مقادیر کمی‎ از سلول‎های انسانی و پوست مصنوعی کرده‎اند. اما پیشرفت‎های اخیر صورت‌گرفته در زمینه فناوری چاپ سه‌بعدی این امکان را فراهم خواهد کرد که در آینده‎ای نه‌چندان‌دور، بتوان این سلول‎ها را به انسان پیوند زد و درست مثل پوست یا اندام واقعی از آن‌ها استفاده کرد.
در فوریه گذشته، گروهی تحقيقاتی به سرپرستی آنتونی آتالا از مؤسسه پزشکی ترمیمی‎ ویک فورست، از یک پروژه خلاقانه چاپ زیستی سه‌بعدی به نام سیستم چاپ اندام و بافت یکپارچه رونمایی کرد. این سیستم چاپ زیستی از سلول‎های زنده به عنوان جوهر چاپگر استفاده کرده و بر اساس یک نقشه سی‌تی‌اسکن طرح را تزریق می‎کند تا بخشی از بدن انسان مثل عضله، استخوان یا حتی اعضای داخلی را به صورت سفارشی تولید کند.

محققان مرکز زیست‌شناسی تکوینی ژاپن (RIKEN) نیز فناوری مشابه دیگری را توسعه داده‌اند. تمرکز اصلی آن‌ها بر ساخت بافت قابل پیوند پوست بوده است که می‎تواند درست شبیه به بافت زنده پوست انسان عمل کند. این بافت ساخته‌شده مصنوعی شبیه به ساختار سلول‎های بنیادی رفتار می‎کند و می‎توان آن‌ها را وادار کرد تا شبیه به پوستی که برای جایگزین کردن به آن احتیاج دارند، عمل کند.
دانشمند ارشد این پروژه، دکتر تاکاشی تسوجی از مرکز زیست‌شناسی تکوینی 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 بازتوليد دارد، پرورش دهیم.»
در نمونه مشابه دیگری، محققان دانشگاه کرنل روشی ابداع کرده‎اند تا با استفاده از سلول‎های گرفته‌شده از گاو، سلول‎های غضروفی را پرورش دهند که می‎توان از آن‌ها برای قالب‌گيری شکل گوش استفاده کرد و آن را به بیمارانی که گوش خود را در اثر سانحه یا بیماری از دست داده‎اند، پیوند زد.
هر چند تا اینجا، این سلول‎های پوست، اندام پرورش‌داده‌شده و گوش‎هایی که به کمک گاوها ساخته می‎شوند، تنها در آزمايشگاه حیوانات آزمايش شده‎اند، اما گام بعدی ساخت نمونه‎هایی است که می‎تواند با امنیت کامل به انسان‎ها پیوند زده شود. نباید فراموش کرد که اولین پیروزی‎ها همیشه از آزمايشگاه‎ها ظهور پیدا می‎کنند.

سیمون شن، مدیرعامل شرکت پیشگام در عرصه چاپگرهای سه‌بعدی XYZprinting، می‎گوید: «چاپ تمام اندام‎ها برای پیوند زدن چیزی است که ممکن است در آینده‎ای دور به آن دست پیدا کنیم، اما در کوتاه‌مدت و طی پنج سال آینده، می‎توان به سلول‎های پوست و بخش‎هایی از بافت‎های انسانی برای استفاده در مواردی خاص مثل آزمايش داروها دست پيدا کرد.»
گام بعدی فناوری چاپ سه‌بعدی 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 دارو
یکی از مواردی که در تحقيقات 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، تأیید کرد، اما می‎توان انتظار داشت که در آینده انواع مختلف داروها بر اساس نوع تقاضا، به‌سرعت 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، کاهش قیمت و جلوگیری از افزایش داروهای تقلبی در کشورهای درحال‌توسعه می‌شود.

به گفته سیمون شن، مزیت 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، به‌راحتی تولید کند. شکل ظاهری و روکش این اشكال مختلف دارو را می‎توان به‌گونه‎ای تنظیم کرد که بتواند نیازهای مخصوص هر بیمار را برطرف کند. بعضی از بیماران به داروهایی نیاز دارند که به‌سرعت اثر می‎کنند، در حالی که بعضی دیگر از داروها باید به‌تدریج و طی دوره‌ای طولانی‌مدت 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 کرده‎اند؛ به این معنا که یک کپسول می‎تواند حاوی انواع مختلفی از دارو با ترکیبات و مقادیر متفاوت باشد که برای افرادی که برای مثال به دلیل کهولت سن یا بیماری ایدز باید روزانه 50 قرص متفاوت مصرف کنند، بسیار مفید خواهد بود.

معایب استفاده از این فناوری چیست؟ 
هنگامی‌که صحبت از چاپ دارو به میان می‎آید، مشکلات کاملاً واضح هستند. در دنیایی که داروهای آن دیجیتالی هستند، چه تضمينی وجود خواهد داشت یک دارو توسط افرادی که از این فناوری سوء‌استفاده می‎کنند، به شکل مواد مخدر چاپ و به صورت آنلاین دست‌به‌دست نشود؟ نمونه بارز سوءاستفاده از این فناوری چاپ سه‌بعدی اسلحه است که هم‌اکنون نیز در برخی مناطق دنیا انجام می‎شود. برای چاپ داروهای قابل مصرف باید قوانین و ضوابط سفت‌وسختی وضع شود و بر فعالیت داروخانه‎ها و مراکز تخصصی تولید دارو نظارت بیشتری صورت گیرد.
پروفسور لی کرونین، رئیس دوره‎ای بخش شیمی‎ دانشگاه گلاسکو و سخن‌گوی برنامه TED Talk، طی گفت‌وگویی با نشریه Gizmodo درباره این موضوع عنوان کرد: «اگر شخصی همین حالا به فروشگاه مواد و تجهيزات شیمیایی مراجعه کند، می‎تواند مواد و تجهيزات 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 تغییری فراتر از آن چیزی که هم‌اکنون به عنوان مسائل غیرقانونی مطرح است، به وقوع نخواهد پیوست. هدف والای این کار کمتر کردن هزینه تمام‌شده تولید دارو و دسترسی جهانی راحت به داروها است. این کار باعث می‎شود تمام اقلام دارویی شناخته‌شده 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 توسعه‌دهندگان هنوز تا رسیدن به فناوری نهایی و قابل اجرا چندین سال فاصله دارند؛ چراکه به سرانجام رساندن بسیاری از این ایده‎ها نیاز به پشت سر گذاشتن آزمون‎های پیچیده و دشوار دارد و هیچ‌کس حاضر نیست پیش از پشت سر گذاشتن تمام آزمايش‌های لازم و حیاتی، از یک قلب جدید چاپ‌شده توسط فناوری سه‌بعدی استفاده کند. در این مقاله، تنها درباره اطلاعات پایه و کلی آینده فناوری چاپ سه‌بعدی در علم پزشکی صحبت کردیم، اما بعضی از این فناوری‎های چاپ سه‌بعدی هم‌اکنون نیز استفاده می‌شوند.
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 تجهيزات ارتودنسی مورد نیاز خود را کاملاً مطابق با شیارها و ساختار دهان بیمار توليد می‎کنند. این همان چیزی است که انتظار داریم در آینده‎ای نه‌چندان‌دور در سایر رشته‎های پزشکی نیز شاهد باشیم.»
بنابراین، هرچند این مثال کاربردی در مقايسه 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 بهینه‎تر، دقیق‎تر و مؤثرتر خواهد شد.
بریجیت دوت، نایب رئیس شركت 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. همان‌قدر 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 برنامه‌ریزی و فرایند جراحی از چاپ سه‌بعدی بهره گرفته باشد، حتی اگر استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی تنها برای راهنمايی و برنامه‌ریزی قبل از عمل جراحی بوده باشد.»
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.»

==============================

شاید به این مقالات هم علاقمند باشید:

تبدیل دست به تاچ‌پد

افزایش حجم سرمایه‌‌گذاری روی اختراعات علم و فناوری

چگونه مشکل اتصال چاپگرهای بی‌سیم به شبکه وای‌فای را برطرف کنیم؟

افسردگی کاربران شبکه‌های اجتماعی

بفرمایید کپسول‎ مکمل هوشمند با چاپ سه بعدی میل کنید!

تولید اندام انسان با چاپ سه‌بعدی و اطلاعات MRI

دانشمندان به درمان قطعی بیماری HIV‌ نزدیک می‌شوند

نانوذرات سیلیکونی نسل جدیدی از تراشه‌های کامپیوتری می‌سازند