Τρισδιάστατη εκτύπωση σε ιατρικά θέματα: Ίσως δεν χρειαζόμαστε πλέον όργανα διαβίωσης

Εάν θέλετε να ρωτήσετε ποια είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη εκτύπωση 3D στην ιατρική βιομηχανία, τότε είναι φυσικό να μετράτε τα άκρα και τα όργανα.

Στο ανθρώπινο σώμα, η πιο αντικαταστάσιμη φύση είναι τα άκρα, τα δόντια και τα παρόμοια. Οι κύριες λειτουργίες αυτών των τμημάτων βοηθούν τις πράξεις και τις ζωές των ανθρώπων και οι λειτουργίες τους είναι ενιαίες, οπότε η δομή είναι σχετικά απλή. Επιπλέον, η ατέλεια των άκρων θεωρητικά έχει ελάχιστα σημαντικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη ζωή. Ως εκ τούτου, οι προσθετικές και οι οδοντοστοιχίες είναι κοινές, και όταν εμφανιστεί η τεχνολογία 3D εκτύπωσης, εφαρμόζεται φυσικά σε αυτό το πεδίο.

Αυτή τη στιγμή στη ζωή, η τεχνολογία τρισδιάστατης προσθετικής εκτύπωσης είναι πολύ ώριμη και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως. Ένα κορίτσι στην Αγγλία έχει μια 3D παλάμη, ένας διακινούμενος εργαζόμενος έχει ένα κρανίο, και ακόμη και η αυστραλιανή εταιρεία CSIRO μπορεί να προσαρμόσει ένα στέρνο τιτανίου και νευρώσεις για να δημιουργήσει ένα 3D στήθος.

Μια πρόσφατη μελέτη μας έδειξε επίσης τη δυνατότητα συνδυασμού εκτύπωσης AI και 3D. Μια ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Berkeley και το Οδοντιατρικό Εργαστήριο Shuliwell δημιούργησαν ένα παγκόσμιο δίκτυο αντιπαράθεσης (GAN) για την αυτόματη δημιουργία νέων σχεδίων στέμματος. Προβλέπει το σχήμα της νέας κορώνας με βάση τη σάρωση των δοντιών που λείπουν. Πρώτον, η πλευρά του λαιμού που λείπει από τα δόντια σαρώθηκε για να παράγει μια εικόνα 2D. Στη συνέχεια, ανιχνεύεται και η αντίθετη πλευρά των σιαγόνων. Το GAN κατανοεί την απόσταση μεταξύ των ελλειπόντων δοντιών και γεμίζει το χάσμα σε 3D με νέο σχεδιασμό κορώνας.

Μπορεί να αναμένεται ότι με την ακρίβεια της μοντελοποίησης GAN, η μελλοντική εκτύπωση 3D θα είναι περισσότερο σύμφωνη με τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά του ανθρώπου και τον λειτουργικό προσανατολισμό. Για παράδειγμα, το πρόβλημα της λήψης της κοιλότητας μπορεί να λυθεί καλύτερα, έτσι ώστε η τοποθέτηση της πρόσθεσης να είναι πιο άνετη.

Εάν η εκτύπωση των άκρων, των δοντιών κ.λπ. είναι εύκολη, τότε το τρισδιάστατο όργανο εκτύπωσης μπορεί να είναι δύσκολο. Και η σχετική έρευνα διεξάγεται επίσης κατά τρόπο ομαλό.

Η δυσκολία των οργάνων εκτύπωσης 3D οφείλεται στον μεγάλο αριθμό αιμοφόρων αγγείων μέσα σε αυτά και η οργάνωση κάθε οργάνου είναι επίσης διαφορετική. Για παράδειγμα, ο εγκέφαλος αποτελείται κυρίως από μεγάλο αριθμό νευρικών ιστών. Υπάρχουν ακόμα σημαντικές τεχνικές δυσκολίες στην επίτευξη της εκτύπωσης και της καλλιέργειας των νευρικών ιστών.

Αλλά τα καλά νέα είναι ότι το 3D ήπαρ έχει τυπωθεί και επιβιώσει. Η αμερικανική εταιρεία βιοτεχνολογίας Organovo έχει χρησιμοποιήσει την τεχνολογία κυτταρικής εκτύπωσης 3D για την εκτύπωση του ιστού κυττάρων που απαιτείται από το ήπαρ στον θάλαμο κυτταροκαλλιέργειας. Αφού καλλιεργηθεί σε ένα αγγείο, μπορεί να αναπτυχθεί σε κανονικό ήπαρ και να μεταμοσχευθεί στο ανθρώπινο σώμα. Ωστόσο, τα κύτταρα αυτού του ήπατος χάνουν τη δραστηριότητά τους αφού τυπωθούν και γίνουν νεκρά κύτταρα.

Εκτός από το ήπαρ, μελετώνται επίσης όργανα όπως τα νεφρά και το πάγκρεας. Οι ερευνητές πιστεύουν γενικά ότι χρειάζονται τουλάχιστον 10 χρόνια για την επίτευξη πραγματικά λειτουργικών και φορητών τρισδιάστατων τυπωμένων οργάνων. Για την ανάπτυξη της μεταμόσχευσης ανθρώπινων οργάνων, τα 10 χρόνια δεν είναι μακρά, αλλά όχι πολύ σύντομα. Μόλις αυτή η τεχνολογία γίνει πραγματικότητα, οι αλλαγές που θα φέρει θα είναι επαναστατικές: οι άνθρωποι που χρειάζονται χειρουργική επέμβαση δεν θα πρέπει να πεθάνουν απεγνωσμένα επειδή δεν μπορούν να περιμένουν τα ζώντα όργανα και τα όργανα θα γίνουν μαζικά προϊόντα. Θα έχει θετικό αντίκτυπο στην επίλυση της έλλειψης ζωντανών οργάνων, στην παρατεταμένη ανθρώπινη ζωή και ακόμη και στη δημιουργία μιας νέας βιομηχανικής αλυσίδας προσφοράς οργάνων.

Η χειρουργική επέμβαση μπορεί να επανέλθει: από το "έκτακτο" στο "επαναλαμβανόμενο"

Εκτύπωση 3D Μια άλλη εφαρμογή που έχει ένα απόλυτο πλεονέκτημα στον ιατρικό τομέα είναι η υποβοηθούμενη χειρουργική επέμβαση.

Η χειρουργική επέμβαση είναι ένα ιδιαίτερα επικίνδυνο έργο, ειδικά για την εσωτερική επεξεργασία εσωτερικών οργάνων, όπως τα εσωτερικά όργανα. Για χιλιάδες χρόνια, οι γιατροί έχουν ασχοληθεί ακούραστα πώς να βελτιώσουν το ποσοστό επιτυχίας της χειρουργικής επέμβασης και να βελτιώσουν την ποιότητα ζωής των ασθενών.

Αρχικά, όταν δεν υπάρχει οπτική ιατρική συσκευή, εάν οι γιατροί παρουσιάζουν κάποιο πρόβλημα με ένα συγκεκριμένο μέρος, μπορούν να ανοίξουν πρώτα το σώμα και στη συνέχεια να διερευνήσουν τη θέση της βλάβης και να εκτελέσουν τη λειτουργία. Σε αυτή τη διαδικασία, οι γιατροί βασίζονται στη συσσωρευμένη εμπειρία τους για να εντοπίσουν με ακρίβεια. Ωστόσο, το ανθρώπινο σώμα είναι διαφορετικό. Με την υποστήριξη των οργάνων και του ηλεκτρονικού εξοπλισμού, οι γιατροί μπορούν να προσδιορίσουν τις βλάβες με τεχνικά μέσα πριν από τη λειτουργία. Η ακρίβεια της χειρουργικής επέμβασης βελτιώνεται σημαντικά σε σύγκριση με την εμπειρία.

Είτε πρόκειται για την αρχική "ευθεία ενιαία μαχαίρι" είτε για ευλογία οπτικής συσκευής, η χειρουργική επέμβαση έχει ένα ξεχωριστό χαρακτηριστικό: μία φορά.

Με την έλευση της τεχνολογίας 3D εκτύπωσης, η χειρουργική επέμβαση έχει αρχίσει να έχει ένα άλλο χαρακτηριστικό: επαναληψιμότητα.

Οι χειρουργοί στο νοσοκομειακό κέντρο της κοινότητας Northwest στο Σικάγο πραγματοποίησαν πρόσφατα χειρουργική επέμβαση σε έναν ασθενή όγκου στον εγκέφαλο, ο οποίος είναι η τεχνολογία 3D. Γενικά, οι λεπτομέρειες του εγκεφάλου δεν μπορούν να παρατηρηθούν με γυμνό μάτι, γεγονός που προσθέτει πολύ μεγάλο κίνδυνο στην απομάκρυνση των εγκεφαλικών όγκων. Αφού ο εγκέφαλος σαρώθηκε και προσδιορίστηκε η θέση του όγκου, οι γιατροί καθιέρωσαν ένα μοντέλο ασθενούς 3D εγκεφάλου. Στη συνέχεια, μέσω αυτού του μοντέλου, οι γιατροί μπορούν να δουν άλλες περιοχές του εγκεφάλου εκτός από όγκους και να γνωρίσουν ολόκληρο τον τομέα της χειρουργικής επέμβασης. Το πιο σημαντικό, μέσω της κατασκευής του μοντέλου εγκεφάλου, μπορούν να εκτελέσουν πολλαπλές ασκήσεις προσομοίωσης πριν από την πραγματική χειρουργική επέμβαση για να αντιμετωπίσουν οποιεσδήποτε πιθανές καταστάσεις έκτακτης ανάγκης αποφεύγοντας παράλληλα την επαφή με τις υγιείς περιοχές του εγκεφάλου που μπορεί να τραυματιστούν τυχαία. .

Η Κίνα έχει επίσης πραγματοποιήσει τεχνολογικές ανακαλύψεις στη χειρουργική επέμβαση σε εφαρμογές 3D εκτύπωσης. Τον περασμένο μήνα, το Καρδιοαγγειακό Κέντρο του Δεύτερου Συνδεδεμένου Νοσοκομείου του Nanjing Medical University χρησιμοποίησε την τεχνολογία της 3D εκτυπωμένης καρδιάς για να αναπαράγει την καρδιά ενός καρδιακού ασθενούς, ανακαλύπτοντας την πολύπλοκη αγγειακή δομή στην καρδιά και προσομοιάζοντας διάφορες χειρουργικές επεμβάσεις. Τέλος, το καλύτερο χειρουργικό σχέδιο αναπτύχθηκε και προχώρησε ομαλά.

Στη συνέχεια, όταν η χειρουργική επέμβαση μεταβληθεί από "ένα σφυρί στον ήχο" σε ένα επα-δοκιμαστέο ιατρικό μέσο, αναμφίβολα θα βελτιώσει σημαντικά το ποσοστό επιτυχίας της χειρουργικής επέμβασης και θα μειώσει τον κίνδυνο. Από την άλλη πλευρά, με την επανειλημμένη προσομοίωση της χειρουργικής επέμβασης, θα αυξηθεί επίσης η επιχειρησιακή επάρκεια του γιατρού, ο χρόνος λειτουργίας θα μειωθεί σημαντικά και ο ασθενής θα αποφύγει να υποφέρει από μακρύτερη λειτουργία.

Διασχίζοντας τους λόφους, πρέπει να πάτε προς τα μέσα

Επιπλέον, η τεχνολογία 3D εκτύπωσης θα χρησιμοποιηθεί ακόμη και στη φαρμακευτική βιομηχανία για να επιτευχθεί η δυνατότητα των ασθενών να εκτυπώνουν φάρμακα κατόπιν αιτήσεως. κατασκευή εξοπλισμού αποκατάστασης όπως ορθοπεδικές πάπες, βοηθήματα ακοής, εκτύπωση εμφυτευμάτων όπως τα οστά. Μπορεί να ειπωθεί ότι η τεχνολογία 3D εκτύπωσης επηρεάζει την κατεύθυνση της ιατρικής βιομηχανίας σε όλες τις πτυχές.

Ωστόσο, η τρισδιάστατη ιατρική περίθαλψη δεν είναι τέλεια και εξακολουθούν να υπάρχουν αρκετά προβλήματα στην προαγωγή της.

1. Υλικά προβλήματα. Σε προηγούμενες χειρουργικές περιπτώσεις, υπήρχαν συχνά προβλήματα με εμφυτεύματα στο σώμα που προκάλεσαν στον ασθενή δευτεροπαθή πόνο ή προβλήματα με το εμφύτευμα ή βλάβη στο ανθρώπινο σώμα που προκλήθηκε από το εμφύτευμα. Στη συνέχεια, ως αναδυόμενη τεχνολογία, η τεχνολογία 3D εκτύπωσης πρέπει επίσης να εξετάσει αυτό το ζήτημα. Εάν πρόκειται μόνο για εκτύπωση, ίσως είναι λίγο μικρό για αυτό. Εάν μπορεί να διερευνήσει υλικά που είναι πιο κατάλληλα για το ανθρώπινο σώμα, θα γίνει επίσης ένα σημαντικό μέρος της τύχης της τεχνολογίας.

2. Θέματα προώθησης της εμπορευματοποίησης. Αν μια τεχνολογία είναι απλώς ένα βάζο, η μοίρα της πρέπει να είναι μακράς διαρκείας. Στη συνέχεια, για την εκτύπωση 3D, εξακολουθεί να υπάρχει σε ορισμένα νοσοκομεία με ισχυρή οικονομική ισχύ. Ο μέσος εξοπλισμός 3D εκτύπωσης στην αγορά είναι εκατοντάδες χιλιάδες δολάρια και το κόστος εξοπλισμού σε νοσοκομεία με υψηλότερες απαιτήσεις ακριβείας είναι υψηλότερο. Για παράδειγμα, οι ιατρικές απαιτήσεις για την ακρίβεια της εκτύπωσης 3D, τα αιμοφόρα αγγεία στο 3D ήπαρ που τυπώνονται από ιαπωνικό κατασκευαστή είναι σαφώς ορατά και ο εξοπλισμός που επιτυγχάνει τέτοια ακρίβεια είναι γενικά απαράδεκτος για τα νοσοκομεία. Επομένως, η ενίσχυση της έρευνας και της ανάπτυξης της τεχνολογίας και η μείωση του κόστους εξοπλισμού μπορεί να είναι οι βασικοί παράγοντες για την ταχεία πτώση της προώθησής της.

3. Εκτυπώστε την κινητική ενέργεια του οργάνου. Επί του παρόντος, παρόλο που ένα βραχύβιο ήπαρ μπορεί να δημιουργηθεί με την επικάλυψη κυττάρων, δεν είναι μια λειτουργία που δεν σημαίνει ότι έχει ηπατική λειτουργία. Στην πραγματικότητα, το περιβάλλον όπως τα σκεύη είναι ασύγκριτο με το ανθρώπινο σώμα, επομένως θα υπάρξουν διαφορές στις φαρμακολογικές δοκιμές. Επιπλέον, ο τρόπος με τον οποίο τα αιμοφόρα αγγεία που μεταφέρουν οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά παραμένουν ένα πρόβλημα. Εάν αυτό το πρόβλημα δεν επιλυθεί, τα κύτταρα δεν θα επιβιώσουν για μεγάλο χρονικό διάστημα. Επιπλέον, αυτό το όργανο εκτύπωσης 3D θα αντιμετωπίσει επίσης το πρόβλημα της απόρριψης ανθρώπινου σώματος στο μέλλον. Είναι καλύτερα να προσαρμόζεται στο σώμα από το σημερινό ζωντανό όργανο, ή δεν είναι αποδεκτό; Είμαστε όλοι άγνωστοι.

Και όταν ένα όργανο εμπλέκεται, κάποιος θα μιλήσει για ηθικά ζητήματα. Ωστόσο, δεδομένου ότι πρόκειται να σωθούν καλύτερα οι ζωές, η αντιπαράθεση αυτού του ζητήματος δεν πρέπει να είναι ιδιαίτερα έντονη.

Η εκτύπωση 3D είναι ακόμα ένα νέο πράγμα για την ιατρική βιομηχανία. Έχουμε διαπιστώσει ότι κάθε φορά που δημιουργείται μια νέα τεχνολογία, ο ιατρικός κλάδος δεν μπορεί να περιμένει να το δοκιμάσει. Αυτή η πτυχή αντικατοπτρίζει την ποικιλομορφία και την πολυπλοκότητα των ιατρικών θεμάτων και από την άλλη αντικατοπτρίζει τον σεβασμό και το δέος της ζωής. Και αυτός ο σεβασμός για τη ζωή θα γίνει επίσης μια ανεξάντλητη κινητήρια δύναμη για τους ιατρούς να χρησιμοποιήσουν την τεχνολογία για να διασχίσουν τους λόφους.