การปลูกถ่ายกระดูกพิมพ์ 3 มิติ: กระดูกโลหะที่ประกอบเข้ากับร่างกาย

• เขียนโดย:
• ชื่อผู้เขียน

  มองการณ์ไกลควอนตัมรัน
• มิถุนายน 28, 2023

ข้อมูลเชิงลึกไฮไลท์

การพิมพ์ 3 มิติหรือการผลิตสารเติมแต่งกำลังก้าวหน้าอย่างมากในด้านการแพทย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการปลูกถ่ายกระดูก ความสำเร็จในระยะแรกๆ ได้แก่ การปลูกถ่ายกระดูกกรามไทเทเนียมจากการพิมพ์ 3 มิติ และการปลูกถ่ายด้วยการพิมพ์ 3 มิติสำหรับผู้ป่วยโรคกระดูกพรุน ซึ่งเป็นทางเลือกแทนการตัดแขนขาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผู้เชี่ยวชาญด้านการแพทย์มองโลกในแง่ดีเกี่ยวกับอนาคตของกระดูกจากการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งสามารถแก้ไขความผิดปกติทางพันธุกรรม ช่วยรักษาแขนขาจากการบาดเจ็บหรือโรค และสนับสนุนการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อกระดูกธรรมชาติใหม่ด้วยความช่วยเหลือของกระดูก "ไฮเปอร์ยืดหยุ่น" ที่พิมพ์ 3 มิติ

บริบทการปลูกถ่ายกระดูกด้วยการพิมพ์ 3 มิติ

การพิมพ์สามมิติใช้ซอฟต์แวร์เพื่อสร้างวัตถุด้วยวิธีการแบ่งชั้น ซอฟต์แวร์การพิมพ์ประเภทนี้บางครั้งเรียกว่าการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ และรวมถึงวัสดุต่างๆ เช่น พลาสติก วัสดุผสม หรือชีวการแพทย์ 

มีส่วนประกอบบางอย่างที่ใช้สำหรับการพิมพ์ 3 มิติของกระดูกและโครงกระดูก เช่น:

• วัสดุโลหะ (เช่น ไททาเนียมอัลลอยด์และแมกนีเซียมอัลลอยด์) 
• วัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะ (เช่น แก้วชีวภาพ) 
• เซรามิกชีวภาพและซีเมนต์ชีวภาพ และ 
• วัสดุโมเลกุลสูง (เช่น โพลีคาโพรแลคโตนและกรดโพลีแลกติก)

หนึ่งในความสำเร็จที่เร็วที่สุดในการปลูกถ่ายกระดูกด้วยการพิมพ์ 3 มิติคือในปี 2012 เมื่อ Xilloc Medical บริษัทออกแบบทางการแพทย์ในเนเธอร์แลนด์พิมพ์รากฟันเทียมไทเทเนียมเพื่อแทนที่ขากรรไกรของผู้ป่วยมะเร็งในช่องปาก ทีมงานใช้อัลกอริธึมที่ซับซ้อนเพื่อเปลี่ยนกระดูกขากรรไกรแบบดิจิทัล เพื่อให้เส้นเลือด เส้นประสาท และกล้ามเนื้อสามารถยึดติดกับรากฟันเทียมไททาเนียมได้เมื่อพิมพ์ออกมา

ผลกระทบก่อกวน

โรคกระดูกพรุนหรือกระดูกตายของกระดูกเท้าในข้อเท้า อาจทำให้เจ็บปวดไปตลอดชีวิตและเคลื่อนไหวได้จำกัด ในบางกรณี ผู้ป่วยอาจต้องตัดแขนขา อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้ป่วยบางรายที่เป็นโรคกระดูกพรุน การฝังรากฟันเทียมจากการพิมพ์ 3 มิติสามารถใช้แทนการตัดแขนขาได้ ในปี 2020 UT Southwestern Medical Center ในเท็กซัสใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อเปลี่ยนกระดูกข้อเท้าด้วยรุ่นโลหะ ในการสร้างกระดูกที่พิมพ์ 3 มิติ แพทย์จำเป็นต้องสแกน CT ของเท้าข้างที่ดีเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง จากภาพเหล่านั้น พวกเขาทำงานร่วมกับบุคคลที่สามเพื่อผลิตรากฟันเทียมพลาสติก 3 ชิ้นในขนาดต่างๆ สำหรับทดลองใช้ แพทย์จะเลือกขนาดที่เหมาะสมที่สุดก่อนที่จะพิมพ์รากฟันเทียมขั้นสุดท้ายก่อนการผ่าตัด โลหะที่ใช้คือไทเทเนียม และเมื่อเอาเท้าที่ตายออกแล้ว ก็ใส่อันใหม่เข้าไปแทน แบบจำลอง XNUMX มิติช่วยให้สามารถเคลื่อนไหวข้อเท้าและข้อต่อ subtalar ทำให้สามารถขยับเท้าขึ้นและลงและจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งได้

แพทย์มองโลกในแง่ดีเกี่ยวกับอนาคตของกระดูกจากการพิมพ์ 3 มิติ เทคโนโลยีนี้เปิดประตูสู่การแก้ไขความผิดปกติทางพันธุกรรมหรือการรักษาแขนขาที่ได้รับความเสียหายจากการบาดเจ็บหรือโรค ขั้นตอนที่คล้ายกันนี้กำลังถูกทดลองกับส่วนอื่นๆ ของร่างกาย รวมถึงผู้ป่วยที่สูญเสียแขนขาและอวัยวะต่างๆ ไปเป็นมะเร็ง นอกจากความสามารถในการพิมพ์กระดูกแข็งแบบ 3 มิติแล้ว นักวิจัยยังได้พัฒนากระดูก “ไฮเปอร์อีลาสติก” ที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติในปี 2022 กระดูกเทียมสังเคราะห์นี้มีลักษณะคล้ายนั่งร้านหรือโครงตาข่าย และได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับการเจริญเติบโตและการงอกใหม่ของเนื้อเยื่อกระดูกตามธรรมชาติ

ผลกระทบของการปลูกถ่ายกระดูกด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

ความหมายที่กว้างขึ้นของการปลูกถ่ายกระดูกจากการพิมพ์ 3 มิติอาจรวมถึง: 

• บริษัทประกันภัยจัดทำนโยบายความคุ้มครองเกี่ยวกับการปลูกถ่าย 3 มิติ แนวโน้มนี้อาจนำไปสู่การจ่ายค่าตอบแทนที่แตกต่างกันตามวัสดุการพิมพ์ 3 มิติที่แตกต่างกันที่ใช้ 
• รากฟันเทียมมีต้นทุนที่คุ้มค่ามากขึ้นเนื่องจากเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติทางการแพทย์พัฒนาและกลายเป็นเชิงพาณิชย์มากขึ้น การลดค่าใช้จ่ายเหล่านี้จะช่วยปรับปรุงการรักษาพยาบาลสำหรับคนจนและในประเทศกำลังพัฒนาซึ่งจำเป็นต้องมีกระบวนการที่ประหยัดต้นทุนมากที่สุด
• นักศึกษาแพทย์ใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติสร้างต้นแบบกระดูกสำหรับการทดสอบและการผ่าตัด
• บริษัทอุปกรณ์การแพทย์จำนวนมากขึ้นลงทุนในเครื่องพิมพ์ 3 มิติด้านชีวการแพทย์เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมการดูแลสุขภาพ
• นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากขึ้นร่วมมือกับบริษัทเทคโนโลยีเพื่อออกแบบเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับการเปลี่ยนอวัยวะและกระดูกโดยเฉพาะ
• ผู้ป่วยที่มีการตายของกระดูกหรือความบกพร่องจะได้รับการพิมพ์ 3 มิติที่สามารถฟื้นฟูการเคลื่อนไหวได้

คำถามที่จะแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับ

• คุณคิดว่าเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติจะสนับสนุนด้านการแพทย์ได้อย่างไร
• อะไรคือความท้าทายที่อาจเกิดขึ้นจากการมีรากฟันเทียมจากการพิมพ์ 3 มิติ