כמה פרויקטים חדשניים עבור שתלים מודפסים בתלת מימד

התעשייה הרפואית נהנתה מאוד מההתקדמות בייצור תוסף. עם היכולת ליצור עיצובים ייחודיים לכל מטופל, רפואה מותאמת אישית היא סוף סוף מציאות. שתלים רפואיים הם אזור רגיש במיוחד מכיוון שהם כרוכים בהחדרת רכיבים חיצוניים לגוף כדי להחליף תפקודים כושלים או לטפל במחלות. כדי להבטיח תאימות אופטימלית, השתלים הללו חייבים להיות מעוצבים בהתאמה אישית, מה שמסביר מדוע ייצור תוסף הפך מכריע בתחום זה.

במאמר זה, Mohou.com תלמד אתכם סדרת שתלים המיוצרים באמצעות הדפסת תלת מימד. הדירוג כולל שתלים מאושרים ואחרים שעדיין נמצאים בשלב המחקר, הממחישים את הפוטנציאל של הטכנולוגיה ואת המשך ההתקדמות בתחום הרפואי.

שתלי אוזניים מודפסים בתלת מימד

הפטיש, הסדן והערימה הן שלוש עצמות הממוקמות באוזנינו והן העצמות הקטנות ביותר בגוף האדם מכיוון שהן אינן צומחות לאחר הלידה. לכן, צורתם, גודלם ומיקומם חשובים מאוד להבטחת תפקוד תקין של האוזן. עם זאת, לפעמים עצמות אלו נשברות וצריך להחליף אותן. זה מה שקרה בדרום אפריקה, שם הושתלו למטופל גופיות טיטניום בהדפסת תלת מימד לאחר תאונת דרכים. לאחר סריקה תלת מימדית של האוזן התיכונה שלו, צוות המנתחים שמאחורי הניתוח הצליח לדגמן שתל מותאם אישית, שהודפס לאחר מכן במכונת היתוך לייזר במיטת אבקה. במקרה זה, טיטניום מועדף בשל התאימות הביולוגית והחוזק שלו.

השתלת לסת מודפסת בתלת מימד לאחר הסרת גידול

אנליה מיבורג היא מטופלת אוסטרלית שעברה שתל לסת מודפס בתלת מימד שאפשר לה לשחזר את פניה. היו לה גידולים ממאירים בלסת ובשיניים שהרופאים נאלצו להסיר. במהלך ההליך, הם נאלצו להסיר חלק מהפנים של המטופל, וכתוצאה מכך עיוות פנים חמור. מקרה זה גרם למנתח הלסת ג'ורג' דימיטרוליס לבחון את האפשרויות של ייצור תוסף ליצירת דגמים מותאמים אישית. הוא יצר שתל לסת עם מסגרת טיטניום המאפשרת הנחת השתלות עצם. לאחר למעלה מ-5 שעות ניתוח ומספר חודשי החלמה, ניתן לומר שהניתוח הצליח.

חזה רנישו

הוולשי פיטר מאגס, בן 71, נאלץ להסיר שלוש צלעות וחלק מחזהו עקב גידול בחזה. היה לו גידול בגודל של כדור טניס בסחוס הצלעות, שהוסר לאחר ניתוח של שמונה שעות. חלקים חסרים אלה בחזה הוחלפו בהצלחה בשתלים מותאמים אישית. הרופאים בחרו בהדפסת תלת מימד מתכת כשיטת הייצור שלהם ופנו לרנישו לפתרון המסוגל לייצר חלקי טיטניום באיכות גבוהה.

שסתום לב סיליקון מודפס בתלת מימד

כמובן, שתלים אינם מוגבלים לעצם, למרות שהם קלים יותר לייצור ולכן נפוצים יותר בשוק. לדוגמה, מסתמי לב מלאכותיים עשויים מסיליקון. מסתמי לב מלאכותיים מודפסים בתלת מימד הם חלק משיתוף פעולה בין צוות מחקר ב-ETH ציריך וחברת Strait Access Technologies הדרום אפריקאית, והם נועדו להחליף מסתמים אצל אנשים מבוגרים או אנשים עם מצבים רפואיים. אם חוקרים יפנו לחומר הזה, זה יהיה בגלל שהוא תואם לגוף האדם. בנוסף, הדפסת תלת מימד מאפשרת ליצור שסתומים המתאימים בדיוק למטופל. ראוי לציין שלמרות התוצאות הראשוניות המעודדות, החוקרים מעריכים שיעברו עוד 10 שנים עד שסתמי הלב המודפסים בתלת-ממד יהיו זמינים מסחרית.

AB Dental והשימוש בייצור תוסף

AB Dental משתמשת בלייזר סלקטיבי (SLS) לייצור שתלים מותאמים אישית ומחדשת טכנולוגיה ויישומים בתחום הפה והלסת. המערכת של החברה מאפשרת לרופאים לתכנן טיפולי שיקום ופנים בצורה מדויקת יותר משיטות מסורתיות. החברה מציעה למטופלים מגוון שתלים תותבים מודפסים בתלת מימד, לרבות הגדלת גג סינוס, תיקון עצם מסלולית, ושתלים תת-פריוסטאליים לספיגת עצם הלסת.

רשתית פחמן מלאכותית מודפסת בתלת מימד

מהנדס אוסטרלי פיתח רשתית פחמן מלאכותית מודפסת בתלת מימד כדי לעזור לאנשים להחזיר את הראייה. ד"ר מתיו גריפית'ס מאוניברסיטת סידני עלה לגדולה לאחר שהבין שגוף האדם, כמו מחשבים, הוא לא יותר מאשר מוליכים למחצה מבוססי פחמן. חמוש בידע הזה, הוא החליט שהוא יכול לשכפל את העין על ידי יצירת מכשיר פחמן (ולכן תואם ביולוגי לחלוטין) שסופג אור ואז מייצר מטען חשמלי, ממש כמו עין. במיוחד בשל עלות הייצור הנמוכה של הדפסת תלת מימד, הוא יכול היה לעצב את הרשתית המלאכותית הזו בעצמו. למרות שהמכשיר עדיין לא הושלם ולא ייכנס למחקרים קליניים במשך שלוש עד חמש שנים, מר גריפית'ס מקווה שהוא יהיה שימושי עבור חולים עיוורים ואף ישקם את ראיית הצבע, מה שכרגע אינו אפשרי.

שתלי Particle3D ועצם

Particle3D הושק בשנת 2014 על ידי שני סטודנטים להנדסה רפואית והפרופסור שלהם, במטרה לפתח פתרון חדש להחלפת עצמות שהושמדו או הוסרו בניתוח. כיום, Particle3D ממשיכה לפתח שתלי עצם ספציפיים למטופל המבוססים על CT/MRI משלה, וכתוצאה מכך משתלים מודפסים בתלת מימד בעלי מבנה פנימי דמוי עצם, המכילים נקבוביות מיקרו ומקרו, בדיוק כמו עצם אמיתית.

שתלי סחוס מודפסים בתלת מימד יכולים להילחם בדלקת מפרקים ניוונית

בבני אדם ובכלבים, שכבה זעירה של סחוס מגנה על משטחי מפרקים ומאפשרת לעצמות להחליק זו כנגד זו כראוי. לרוע המזל, לאורך זמן, סחוס זה עלול להתקלקל, ולהוביל לאוסטאוארתריטיס, הגורם לכאבי פרקים. כדי להתגבר על בעיה זו, חוקרים מאוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט פיתחו שתל מבוסס בד המכיל סחוס שמקורו בתאי הגזע של המטופל. שתל מסוג זה, שחלקו מודפס בתלת מימד, נוסה בהצלחה על קבוצת כלבים הסובלים מבעיות במפרק הירך. הקבוצה חולקה לשתי קבוצות, כאשר קבוצה אחת קיבלה את השתל והשנייה לא. כפי שניתן לצפות, כלבים שקיבלו את השתלים חזרו לכל היכולות 4 חודשים לאחר הניתוח.

שתל הגולגולת המודפס בתלת מימד הגדול בעולם

הסטארט-אפ Arcomedlab השיג הישג על ידי שימוש בהדפסת תלת מימד ליצירת שתל הגולגולת הגדול בעולם. מאז הקמתה, Arcomedlab טיפלה ביותר מ-600 מקרים קליניים ספציפיים, תוך התמקדות בעיקר בשחזור גולגולת עם שתלים מותאמים אישית, כמו גם בשחזור פנים מותאם אישית. בנוסף, הם מבצעים תכניות ניתוח מורכבות שונות. נכון לעכשיו, החברה מסוגלת להשתמש בטכנולוגיות הדפסת 3D FDM ו-SLA כדי לשחזר לחלוטין גולגולות וכל מבנה עצמות פנים אצל מטופלים בכל הגילאים. הודות להתקדמות טכנולוגית אלו, הם פורצים את גבולות הרפואה המשחזרת ומספקים פתרונות חדשניים המותאמים לצרכיו הספציפיים של כל מטופל.

פרויקט המחקר של איליין

כחלק מפרויקט המחקר ELAINE (שתלים אלקטרואקטיביים), חוקרים מאוניברסיטת רוסטוק עובדים על פיתוח מבנים ביו-אקטיביים להחלפת עצם. כיום, נפוץ שתלי טיטניום, אך יש להם מגבלות: הם אינם מסתגלים בצורה מושלמת לאנטומיה של הגוף, והם יכולים להשתחרר עם הזמן, ולגרום לבעיות ארוכות טווח. כדי להתגבר על אתגרים אלו ולשפר את הטיפול בפגמים בעצמות, מדענים בוחנים את האפשרויות שמציעות ייצור תוסף. הם עובדים על שתלים אלקטרואקטיביים המחקים את ההתנהגות של מבני עצם טבעיים, ושואבים השראה מפיזיולוגיה של העצם. החומר הנבחר הוא בריום טיטנאט, המשחרר יונים במגע עם נוזלי הגוף. הטכנולוגיה המשמשת לייצור שתלים אלו היא LCM, טכנולוגיית פוטופולימריזציה. התהליך כולל שימוש בפולימר עמוס בחלקיקי קרמיקה פיזואלקטריים, אשר מונחים לאחר מכן במדפסת ומתרפאים באור ליצירת מבנים עדינים המעניקים לחומר תאימות ביולוגית. להדפסת תלת מימד יש יתרון נוסף של יצירת שתלים מותאמים אישית המותאמים לכל מטופל. למרות שהפרויקט עדיין בשלב המחקר, צפוי כי ניתן יהיה להשתמש בשתלים אלו במסגרות קליניות תוך כעשר שנים.

ניתוח השתלת אף "MyBone".

בשנת 2022, בית החולים האוניברסיטאי בטולוז, מכון קלאודיוס רגאו וחברת CERHUM הבלגית שיתפו פעולה כדי לשחזר בהצלחה את אפם של חולי סרטן באמצעות הדפסת תלת מימד. התהליך החדשני כולל יצירת שתל ביו-קרמי מותאם אישית בשם "MyBone" המשכפל את המאפיינים של עצם האדם ומקדם אוסאואינטגרציה ואוסטאומוליכות. הכל מתחיל בסריקה מפורטת של פני המטופל, ולאחריה הדפסה תלת מימדית של השתל בטכנולוגיית סטריאוליטוגרפיה. השתל ממוקם תחילה באמה של המטופל כדי לקדם יצירת כלי דם והתיישבות תאים, תהליך מפתח לתאים לפלוש ולגדול בתוך מבנה השתל. לאחר השלמת שלב זה, האף מושתל על פניה של המטופלת ומחובר במיקרו-כירורגיה לכלי הדם שלה. גישה זו משיגה רמה גבוהה של תאימות ביולוגית ועמידות תוך מזעור הסיכון לזיהום והצורך בהחלפה עתידית. הניתוח השתיל בהצלחה אף פונקציונלי ואסתטי, המוכיח את הפוטנציאל הגדול של הדפסת תלת מימד בתחום הניתוחים המשחזרים הגדולים.

BellaSeno: שתלי חזה מודפסים בתלת מימד

BellaSeno משתמשת בטכנולוגיית הדפסה תלת מימדית לייצור שתלי חזה העשויים מפוליקפרולקטון, חומר תפר נפוץ בשימוש בבריאות. שתלים מודפסים בתלת מימד מתאימים למטופלות עם סרטן השד או מחלות שד אחרות ומיועדים לשימוש בניתוחים משחזרים ופלסטיקים. BellaSeno פיתחה פתרון הדפסת תלת מימד התומך בחומרים תואמים קלינית. שתלים אלו מתוכננים להיספג במלואו תוך חמש שנים, ובמהלכן הם מוחלפים בתאי השומן הטבעיים של הגוף. עשר הבדיקות הראשונות על מטופלים הראו תוצאות מבטיחות, עם ביקורות חיוביות של מטופלים ופרופיל בטיחות טוב של השתל התלת מימדי. מנתחים גם נתנו דעות חיוביות על השימוש בשתלים מודפסים תלת מימדיים אלה.

שתלים לתיקון סחוס הברך

המשימה של Nanochon היא לקדם החלפת סחוס ותיקון בחולים עם פציעות ברכיים. כדי להשיג זאת, החברה משתמשת בטכנולוגיית הדפסה תלת מימדית, במיוחד בטכנולוגיית אקסטרוזיה, ליצירת שתלים להחלפת סחוס פגום או שאבד. המכשיר, הנקרא Chondrograft™, עשוי מחומר מרוכב חדשני המקדם התחדשות רקמות. Chondrograft™ מיוצר באופן תוסף באמצעות חומר מרוכב קנייני של Nanochon תוך שימוש בתהליך ייצור נימה מותכת. מה שמייחד את השתל הזה הוא המבנה הייחודי שלו: בנוסף למיקרו-מבנה הנראה לו, יש לו גם נקבוביות תת-מיקרונית. תכונה זו הופכת את השתל לגמיש וניתן יותר לאחר עיבוד לאחר עיבוד תוך שמירה על שלמותו המבנית.

השתלת מח עצם של Matricelf

בשנת 2022, חברת הרפואה המתחדשת הישראלית Matricelf בדקה בהצלחה שתל מודפס של חוט שדרה בתלת מימד. השתלים הוערכו בעכברים עם שיתוק כרוני ארוך טווח והראו שיעור הצלחה של 80 אחוז בשיקום יכולת ההליכה. הטכניקה שפיתח Matricelf מתחילה בביופסיה של רקמת האומנטלית של המטופל. לאחר מכן, הרקמה נתונה לתהליך דה-צלולריזציה קנייני המייצר ג'ל עמיד במים חמים. במקביל, תאי גזע פלוריפוטנטיים (iPSCs) מתוכנתים מחדש מהתאים הבוגרים של המטופל. בדיקת iPSCs בהידרוג'לים עשויה ליצור שתלים עצביים פונקציונליים וספציפיים למטופל המסוגלים לתקן רקמת חוט שדרה פגומה. למרות שהשתלים נבדקו רק על עכברים עד כה, מדענים אופטימיים לגבי הפוטנציאל שלהם לשנות את חייהם של אלפי אנשים הסובלים מפציעות חוט השדרה מתאונות דרכים, נפילות ופעילויות ספורט. המחקר נמשך, ובקשות לפטנט הוגשו בארצות הברית ובאירופה לשימוש בשתלים אלה בבני אדם.

תותבת קרסול מודפסת בתלת מימד

המרכז לשחזור גפיים של אוניברסיטת מקווארי שיפר את ניתוח החלפת הקרסול על ידי שימוש בשתלים מודפסים בתלת מימד. התקדמות אלו מספקות הקלה וניידות לחולים הסובלים מדלקת מפרקים חמורה בקרסול או מנזק למפרקים שנגרם כתוצאה מטראומה. עשויים מחומרים סינתטיים כגון הידרוקסיאפטיט, שתלים אלה מחקים את מבנה העצם הטבעי ומקדמים אינטגרציה של אוסאואינטגרציה, מבטיחים עמידות לטווח ארוך ומפחיתים את הסיכון לסיבוכים לאחר הניתוח. בניגוד לאיחויות והחלפות קרסול מסורתיות, המגבילות את הניידות ויכולות להוביל לבעיות מפרקים אחרות, שתלים מודפסים בתלת מימד יכולים לשמר את תנועת המפרק תוך הקלה על כאב. המנתחים האורתופדיים ד"ר טים אוקריגן וד"ר מוסטפא אלטהיר מבצעים את הניתוח מאז 2022, הדורש משמעותית פחות החדרת בורג הקרסול והסרת סחוס מפרקי, מה שמאפשר החלמה מהירה יותר ותנועתיות מוגברת.