سيحصل الجراحون قريباً على أداة جديدة قوية للتخطيط والممارسة من خلال إنشاء أول قلب مطبوع ثلاثي الأبعاد كامل الحجم مطبوع بيولوجياً لقلب الإنسان.
إذ ابتكر العالم آدم فاينبرغ وفريقه أواخر العام 2020 أول نموذج ثلاثي الأبعاد كامل الحجم للقلب البشري مطبوع بيولوجياً باستخدام تقنية التضمين الحر العكسي للهيدروجيلات المعلقة أو Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels واختصارها (FRESH).
النموذج الذي تم إنشاؤه من بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد صُنعت خصوصاً لأجله، يحاكي بشكل واقعي مرونة أنسجة وغرزات القلب.
أول قلب مطبوع ثلاثي الأبعاد
يمثل هذا الإنجاز تتويجاً لمدة عامين من البحث، وهو يحمل وعداً فورياً للجراحين والأطباء، بالإضافة إلى الآثار طويلة المدى على مستقبل أبحاث الأعضاء المهندسة الحيوية.
وتم اختراع تقنية FRESH للطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد في مختبر Feinberg لسد الطلب الشاغر على البوليمرات اللينة المطبوعة ثلاثية الأبعاد، والتي تفتقر إلى الصلابة كما هو الحال في الطباعة العادية.
تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد من FRESH إبرة لحقن bioink في كمية كبيرة من الهيدروجيل الناعم، والذي يدعم القلب الاصطناعي أثناء طباعته، حسب موقع جامعة كارنيغ للهندسة.
بمجرد الانتهاء، يؤدي تطبيق بسيط للحرارة إلى ذوبان الهيدروجيل، تاركاً فقط القلب ثلاثي الأبعاد.
في حين أن فاينبيرغ الذي يشغل منصب أستاذ الهندسة الطبية الحيوية، أثبت أن تعدد الاستخدامات ومصداقية تقنية FRESH، كانت العقبة الرئيسية أمام تحقيق هذا الإنجاز هي طباعة قلب بشري على نطاق واسع.
استلزم الأمر بناء طابعة ثلاثية الأبعاد جديدة مخصصة لحمل دعم سائل كبير بما يكفي للطباعة بالحجم المطلوب، بالإضافة إلى تغييرات طفيفة في البرامج للحفاظ على سرعة الطباعة ودقتها.
حل واعد لملايين المرضى
وغالباً ما تحتوي المستشفيات الكبرى على مرافق لطباعة نماذج ثلاثية الأبعاد لجسم المريض لمساعدة الجراحين في تثقيف المرضى والتخطيط للإجراء الفعلي؛ ومع ذلك، لا يمكن تشكيل هذه الأنسجة والأعضاء إلا من البلاستيك الصلب أو المطاط.
يتكون قلب فريق فاينبيرغ من بوليمر ناعم وطبيعي يسمى الجينات، مما يمنحه خصائص مشابهة لأنسجة القلب الحقيقية.
بالنسبة للجراحين، يتيح ذلك إنشاء نماذج يمكن شقها وخياطتها والتعامل بها بطرق مشابهة للقلب الحقيقي.
أما الهدف الفوري لفاينبيرغ فهو بدء العمل مع الجراحين والأطباء لتحسين أسلوبهم والتأكد من أنه جاهز لإعداد المستشفى.
وتبشر الطباعة ثلاثية الأبعاد بتغيير صناعة الرعاية الصحية للأفضل، من خلال تقديم منتجات مثل الأدوية الأكثر ذكاءً والأطراف الصناعية المخصصة للغاية.
مع ذلك، قد يصبح من الشائع أن يعالج الأطباء المرضى الذين لديهم أعضاء مطبوعة، وهو ما يسعى له المجتمع الطبي حالياً.
زراعة الأعضاء مستقبلاً
ونظراً للطلب الهائل على الأعضاء المانحة، تشير التقديرات إلى أنه يمكن منع 900 ألف حالة وفاة كل عام باستخدام الأعضاء المهندسة.
في الولايات المتحدة وحدها على سبيل المثال، ينتظر 113 ألف رجل وامرأة وطفل دورهم على قائمة انتظار الزرع الوطنية اعتباراً من يوليو/تموز 2019.
للأسف، يموت 20 شخصاً كل يوم أثناء في انتظار عملية الزرع، بينما تتم إضافة شخص جديد إلى قائمة الانتظار كل 10 دقائق؛ والحال نفسه في سائر الدول الأخرى، حسب ما نشر موقع Interesting Engineering.
يمكن أن تكون الأجهزة المطبوعة ثلاثية الأبعاد حلاً قابلاً للتطبيق لهذه المشكلة الإنسانية.
وإلى جانب تقديم حلول بديلة عوضاً عن الانتظار اللامنتهي لمانح، فإن هذه الأعضاء المصممة هندسياً فعالة للغاية من حيث التكلفة.
على سبيل المثال، ووفقاً لمؤسسة National Foundation for Transplants أو المؤسسة الدولية لعمليات الزرع، فإن تكلفة عملية زرع الكلى القياسية، في المتوسط، تزيد عن 300 ألف دولار في أمريكا، في حين أن الطابعة الحيوية ثلاثية الأبعاد، يمكن أن تكلف أقل من 10 آلاف دولار، ومن المتوقع أن تنخفض التكاليف كذلك مع تطور التكنولوجيا خلال السنوات القادمة.
هذا هو أحد الأسباب العديدة التي تجعل المهنيين الطبيين والباحثين متحمسين لعصر الأجهزة المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
اختراعات طبية واعدة أخرى:
ابتكارات طبية واعدة: الذكاء الاصطناعي يتفوق على البشر في تشخيص أمراض السرطان مبكراً
ابتكارات طبية ستغير الرعاية الصحية مستقبلاً.. علاج مرض السكري بالخلايا الجذعية
ابتكارات علمية تغير مستقبل الطب.. زرع الأجهزة في الدماغ يعيد للمكفوفين بصرهم
مهندس أصيبت ابنته بالسرطان فقرر التصرف.. جهاز محمول للموجات فوق الصوتية يعِد بتشخيص مبكر
