به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در پیشرفت‌های اخیر در حوزه پزشکی بازسازی، پژوهشگران موفق به توسعه دستگاهی دستی شده‌اند که قادر است ایمپلنت‌های استخوانی زیست‌تجزیه‌پذیر را به‌صورت هم‌زمان با عمل جراحی و در محل نقص استخوانی ایجاد کند. این فناوری نوین، که شباهت زیادی به تفنگ چسب حرارتی دارد، امکان چاپ سه‌بعدی پیوند‌های استخوانی را مستقیماً بر روی شکستگی‌ها و نقص‌های استخوانی فراهم می‌آورد. این دستگاه با استفاده از ترکیبی از پلی‌کاپرولاکتون (PCL) و هیدروکسی‌آپاتیت (HA)، مواد اولیه‌ای که به‌طور طبیعی در استخوان یافت می‌شوند، پیوند‌هایی را تولید می‌کند که به‌طور هم‌زمان از نظر ساختاری مقاوم و از نظر زیستی سازگار با بدن هستند.

مزایای استفاده از چاپ در محل

یکی از چالش‌های اصلی در ترمیم نقص‌های استخوانی بحرانی، نیاز به ایمپلنت‌هایی است که دقیقاً با شکل و اندازه نقص تطابق داشته باشند. روش‌های سنتی معمولاً نیازمند طراحی و تولید پیش‌جراحی ایمپلنت‌ها هستند که می‌تواند زمان‌بر و پرهزینه باشد. در مقابل، دستگاه چاپ در محل این امکان را فراهم می‌آورد که ایمپلنت‌ها به‌صورت آنی و دقیق در محل نقص تولید شوند، بدون نیاز به طراحی‌های پیچیده یا تولید پیش‌جراحی. این ویژگی به‌ویژه در مواردی که نقص‌های استخوانی دارای هندسه نامنظم هستند، اهمیت ویژه‌ای دارد.

خواص زیستی و مکانیکی پیوند‌های چاپ‌شده

ترکیبPCL وHA در پیوند‌های تولیدی، خواص مکانیکی و زیستی مطلوبی را به‌همراه دارد. PCL به‌عنوان یک پلیمر زیست‌تجزیه‌پذیر، به‌تدریج در بدن تجزیه می‌شود و فضایی برای رشد بافت جدید فراهم می‌آورد.HA نیز به‌عنوان یک ماده معدنی طبیعی در استخوان، به تحریک رشد سلول‌های استخوانی و تقویت اتصال پیوند به بافت اطراف کمک می‌کند. این ترکیب باعث می‌شود پیوند‌های تولیدی نه‌تنها از نظر مکانیکی مقاوم باشند، بلکه از نظر زیستی نیز با بدن سازگار باشند و فرآیند ترمیم را تسهیل کنند.

کنترل دقیق در حین عمل جراحی

دستگاه چاپ در محل به‌صورت دستی و قابل حمل طراحی شده است، که این امکان را به جراح می‌دهد تا در حین عمل جراحی، جهت، زاویه و عمق چاپ را به‌صورت دقیق تنظیم کند. این ویژگی باعث می‌شود پیوند‌ها به‌طور دقیق در محل نقص قرار گیرند و با آناتومی فرد تطابق داشته باشند. علاوه بر این، فرآیند چاپ در مدت‌زمان کوتاهی انجام می‌شود که منجر به کاهش زمان عمل جراحی و افزایش کارایی می‌شود.

پیشگیری از عفونت با استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها

یکی از نگرانی‌های اصلی در جراحی‌های ترمیمی، خطر عفونت پس از عمل است. برای مقابله با این مشکل، پژوهشگران آنتی‌بیوتیک‌هایی مانند وانکومایسین و جنتامایسین را به ترکیب مواد اولیه پیوند‌ها افزوده‌اند. این آنتی‌بیوتیک‌ها به‌صورت تدریجی از پیوند آزاد می‌شوند و به‌مدت چند هفته در محل نقص حضور دارند، که این امر به کاهش خطر عفونت و جلوگیری از مقاومت آنتی‌بیوتیکی کمک می‌کند.

استفاده از مواد نوین زیست‌سازگار

یکی از محورهای نوآوری در چاپ در محل ایمپلنت‌های استخوانی، استفاده از مواد زیست‌سازگار و همزمان مقاوم است. پژوهشگران ترکیبی از پلیمرهای زیست‌تجزیه‌پذیر و مواد معدنی مشابه استخوان مانند هیدروکسی‌آپاتیت یا بیوگلس‌ها را به‌کار گرفته‌اند تا پیوند‌ها علاوه بر مقاومت مکانیکی کافی، با بافت استخوانی پیوند خورده و رشد سلولی را تحریک کنند. این مواد نه تنها امکان شکل‌گیری دقیق ساختار سه‌بعدی در محل نقص را فراهم می‌کنند، بلکه به‌تدریج بافت جدید را جایگزین می‌کنند و نیاز به برداشتن یا تعویض ایمپلنت را از بین می‌برند. همچنین برخی ترکیب‌ها، توانایی آزادسازی تدریجی عوامل رشد و سیگنال‌های سلولی را دارند که فرآیند بازسازی استخوان را تسریع می‌کند و از تشکیل بافت اسکار جلوگیری می‌کند. این ترکیب نوآورانه به محققان اجازه می‌دهد تا پیوند‌هایی بسازند که از نظر زیستی فعال و خودترمیم‌کننده باشند، و به تدریج با استخوان طبیعی جایگزین شوند.

چاپ سه‌بعدی با دقت میکرونی

یکی دیگر از مزیت‌های دستگاه چاپ در محل، توانایی ایجاد ساختارهای میکرونی و شبکه‌های متخلخل است که رشد سلول‌ها و عروق خونی را تسهیل می‌کند. پژوهشگران نشان داده‌اند که چگالی و الگوی تخلخل پیوند، به‌طور مستقیم بر کیفیت بازسازی استخوان اثر می‌گذارد. با استفاده از تکنیک‌های چاپ دقیق، امکان کنترل اندازه منافذ، جهت‌گیری رشته‌های پلیمر و قرارگیری مواد معدنی در نقاط استراتژیک فراهم می‌شود. این دقت می‌تواند موجب افزایش سطح تماس پیوند با بافت اطراف و بهبود تبادل مواد مغذی و اکسیژن شود. علاوه بر این، شبکه‌های متخلخل باعث می‌شوند بافت استخوانی جدید به راحتی نفوذ کند و فرآیند آنژیوژنز یا شکل‌گیری رگ‌های خونی تسریع شود. این سطح بالای کنترل، امکان طراحی پیوند‌های شخصی‌سازی‌شده برای هر بیمار را فراهم می‌کند و با توجه به شکل و اندازه نقص استخوانی، بهترین پشتیبانی مکانیکی و زیستی را ارائه می‌دهد.

یکپارچگی با سیستم ایمنی بدن

یکی از چالش‌های همیشگی در ایمپلنت‌های استخوانی، واکنش سیستم ایمنی است. پژوهشگران با انتخاب مواد زیست‌سازگار و طراحی بافت‌های متخلخل، توانسته‌اند میزان التهاب و پاسخ ایمنی به ایمپلنت‌ها را کاهش دهند. علاوه بر این، برخی ترکیب‌های مورد استفاده شامل مولکول‌های فعال زیستی هستند که سلول‌های ایمنی را هدایت کرده و فرآیند التیام را همزمان با بازسازی استخوان مدیریت می‌کنند. این ویژگی به کاهش احتمال رد ایمپلنت و عفونت‌های پس از جراحی کمک می‌کند و باعث می‌شود روند بازسازی طبیعی‌تر و سریع‌تر انجام شود. همگام‌سازی ایمپلنت با سیستم ایمنی بدن، کلید موفقیت در استفاده از ایمپلنت‌های چاپ در محل برای نقص‌های بزرگ و پیچیده است، جایی که پاسخ‌های التهابی شدید می‌تواند منجر به شکست ترمیم یا ایجاد بافت غیرطبیعی شود.

یکپارچگی با فناوری تصویربرداری و هدایت جراحی

پژوهشگران همچنین توجه ویژه‌ای به هماهنگی دستگاه چاپ با فناوری‌های تصویربرداری پزشکی دارند. با ترکیب دستگاه با سی‌تی‌اسکن یا تصویربرداری سه‌بعدی قبل و حین عمل، جراح می‌تواند محل دقیق نقص، عمق و زاویه قرارگیری ایمپلنت را پیش از چاپ تعیین کند. این هماهنگی موجب می‌شود پیوند‌ها دقیقاً با آناتومی بیمار تطابق داشته باشند و بخش‌های مهم ساختاری یا عروق حیاتی اطراف آسیب نبینند. علاوه بر این، هدایت چاپ به جراح امکان اصلاح طرح در حین عمل را می‌دهد، که در موارد نقص‌های غیرمعمول یا با هندسه پیچیده، یک مزیت حیاتی به شمار می‌رود. این سطح از یکپارچگی بین چاپ سه‌بعدی، مواد زیستی و تصویربرداری پزشکی، راه را برای درمان‌های کاملاً شخصی‌سازی‌شده و با کارایی بالاتر در ترمیم استخوان‌های بحرانی باز می‌کند.

آزمایش‌های حیوانی و نتایج بالینی

در آزمایش‌های انجام‌شده بر روی خرگوش‌ها با نقص‌های استخوانی فمور، پیوند‌های چاپ‌شده نتایج بهتری نسبت به پیوند‌های استخوانی تجاری نشان دادند. پس از ۱۲ هفته، بافت استخوانی جدید در اطراف پیوند‌ها تشکیل شده بود و هیچ‌گونه نشانه‌ای از عفونت یا نکروز مشاهده نشد. علاوه بر این، پارامترهای ساختاری مانند سطح استخوان، ضخامت کورتیکال و لحظه قطبی در گروه پیوند‌های چاپ‌شده به‌طور قابل‌توجهی بالاتر از گروه پیوند‌های استخوانی تجاری بود، که نشان‌دهنده ترمیم مؤثرتر استخوان و یکپارچگی بهتر با بافت اطراف است. اگرچه نتایج آزمایش‌های حیوانی امیدوارکننده بوده است، اما برای استفاده بالینی در انسان، نیاز به تحقیقات بیشتری در مقیاس بزرگتر و استانداردسازی فرآیندهای تولید و استریل‌سازی دستگاه وجود دارد. همچنین، به‌منظور تأمین تأییدیه‌های لازم از مقامات بهداشتی، مطالعات پیش‌بالینی گسترده‌تری در مدل‌های حیوانی بزرگتر ضروری است. با این حال، این فناوری نوین پتانسیل تبدیل‌شدن به یک ابزار عملی برای جراحان ارتوپد، تیم‌های تروما و حتی بیمارستان‌های صحرایی را دارد و می‌تواند ترمیم سریع و شخصی‌سازی‌شده استخوان را بدون نیاز به تجهیزات گران‌قیمت یا برنامه‌ریزی پیش‌جراحی فراهم آورد.

پایان مطلب./