الطباعة ثلاثية الأبعاد و طباعة الأعضاء البشرية

 تعريف الطباعة ثلاثية الأبعاد:

الطباعة ثلاثية الأبعاد هي عملية بناء كائن ثلاثي الأبعاد من رقمي ثلاثي الأبعاد. يمكن أن يشير مصطلح "الطباعة ثلاثية الأبعاد" إلى مجموعة متنوعة من العمليات التي يتم فيها ربط المواد أو ترسيخها تحت تحكم الكمبيوتر لإنشاء جسم ثلاثي الأبعاد، مع إضافة المواد معاً (مثل جزيئات السائل أو حبيبات المسحوق المدمجة معاً)، طبقة تلو الأخرى عادة.

تتميز هذه التقنية بإمكانية تصنيع أجسام من مواد مختلفة مثل المعادن والبلاستيك والسيراميك، وغيرها من المواد.

أبدى الكثير من العلماء اهتماما واضحا بالطباعة ثلاثية الأبعاد منذ الستينيات ( 1960) من القرن الماضي، لكن الظهور الأول لهذه التقنية كان في الثمانينات، عندما حصل هلّ على أول براءة اختراع على طابعته التي تعمل بنظام ( SLA )، وتتالت بعدها الاختراعات والأبحاث، وصدرت العديد من براءات الاختراع.

في الثمانينيات، تم استخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد فقط لإنتاج نماذج أولية وظيفية أو جمالية، وكان المصطلح الأكثر ملاءمة لها في ذلك الوقت هو النماذج الأولية السريعة.

اعتباراً من عام 2019، زادت الدقة ونطاق المواد للطباعة ثلاثية الأبعاد لدرجة أن بعض عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد تعتبر قابلة للتطبيق كتقنية إنتاج صناعي، حيث يمكن استخدام مصطلح "التصنيع الإضافي" بشكل مترادف مع الطباعة ثلاثية الأبعاد.

من المزايا الرئيسية للطباعة ثلاثية الأبعاد في القدرة على إنتاج أشكال هندسية معقدة للغاية، قد يكون من المستحيل بناؤها يدوياً، وضمن ذلك الأجزاء المجوفة أو الأجزاء ذات الهياكل الدعامية الداخلية لتقليل الوزن.

كما ويعمل العلماء على ادخال الطابعة في مجال تصنيع الأطعمة، وقد استطاعوا بالفعل صنع شريحة لحم من خلال الطابعة. ويزداد اهتمامهم في تطوير الطباعة في هذا المجال، ليكون هناك بديل للأطعمة، مع التخوف بحدوث أزمة في الطعام مستقبلا، او عدم قدرة الطبيعة بتأمين احتياجات العالم للطعام.

سنتناول فيما يلي دور الطابعة ثلاثية الأبعاد واستخداماتها في المجال الطبي، خاصة في  صناعة الأعضاء.

استخدامات الطابعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي:

يعد المجال الطبي من أكبر المجالات وأكثرها اهتماما بالطّباعة ثلاثيّة الأبعاد. حيث جذبت التطورات في الطباعة ثلاثية الأبعاد الانتباه في مجال الرعاية الصحية، بسبب قدرتها على تحسين العلاج لبعض الحالات الطبية.

قد يقوم اختصاصي الأشعة، على سبيل المثال، بإنشاء نسخة طبق الأصل من العمود الفقري للمريض؛ للمساعدة في التخطيط لعملية جراحية، أو بإمكان طبيب الأسنان إجراء مسح ضوئي للسن المكسورة وتصميم شكل لعمل تاج يلائم فم المريض بدقة. في كلتا الحالتين، بإمكان الأطباء استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع منتجات تتوافق على وجه التحديد مع تشريح المريض.

ولا تقتصر هذه التقنية على هذا فقط، إذ مكنت الطباعة ثلاثية الأبعاد من إنتاج أطراف صناعية مخصصة أو غرسات في الجمجمة أو غرسات لتقويم العظام مثل الوركين والركبتين.

تصف المراجعات المنشورة مؤخراً استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج العظام والأذنين والهياكل الخارجية والقصبات الهوائية وعظام الفك والخلايا الجذعية والأوعية الدموية وشبكات الأوعية الدموية والأنسجة والأعضاء.

طباعة الأعضاء:

كثيرا ما يُحتاج االى زراعة أعضاء في المجال الطبي، فيتلم اللجوء الى وجود تطابق بين المتبرع والمريض الذي يحتاج الى العضو. وكثير من الأحيان، تفشل العملية ويرفض الجسد العضو.  حيث تطبع هذه الخلأيّا لتخرج في وسط هلامي أو وسط سكري طبقة تلو الأخرى حتى يكتمل الشكل النهائي، وقد يحتوي هذا العضو المطبوع على الأوعية الدموية. تسمى هذه التقنية بالعديد من الأسماء مثل الطّباعة العضوية ، طباعة الأعضاء ، هندسة الأنسجة بمساعدة الحاسوب.

 أول منتج لهذا النوع من الصناعات كان في عام 2009 مبنيا على طريقة " نوفو جن – Novo Gen " للطباعة العضوية ، وفي عام 2013 قام علماء وباحثون صينيون بطباعة أعضاء من جسم الإنسان مثل أصابع ، وآذان وجلد ، وحتى الكلى، ، وفي نفس العام قام باحثون في بلجيكا بطباعة عظام فك لسيدة كبيرة في العمر..

بالنسبة للأعضاء الأكثر تعقيدا، كالقلب والكبد مثلاً، فما زالت تحتاج الى الكثير من الجهد والتجارب للوصول الى عضو يكون بنفس التعقيد ونفس التركيبة ويستطيع القياع بنفس الوظائف، بنفس الدقة.

تمكن العلماء في الولايات المتحدة مؤخراً من ابتكار أول نموذج لقلب بشري بالحجم الكامل باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم المواد الحيوية لإنتاج بنية وأنسجة تشبه قلب الإنسان الحقيقي.الا أن هذا النموذج لا يصلح للعمل مكان القلب بالطبع،فهو لا يستطيع القيام بوظائف القلب البشري، ولكن يمكن أن يكون أداة مفيدة لتدريب المهنيين الطبيين على العمليات المتعلقة بوظيفة قلب الإنسان. يمكن أيضاً استخدامه كأساس لبحث جديد حول طرق استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج قلوب تعمل بطاقتها كاملةً لتحل محل البشر.

كما أن الفريق البحثي وراء هذا الابتكار طوَّر طابعة ثلاثية الأبعاد يمكنها "الطباعة الحيوية" للكولاجين. والكولاجين هو البروتين الهيكلي الرئيسي الموجود في الأنسجة بجميع أنحاء جسم الإنسان.

اذاً، كما رأينا فالطباعة ثلاثية الأبعاد عالم واسع بحد ذاته، تدخل في الصناعة، في البناء، في الطب، في صناعة الأطعمة... لديها دور مهم جداً، ويحاول العلماء تطويرها والارتقاء بها وصب جهودهم للوصول الى صناعة أعضاء معقدة كاملة، تستخدم في زراعة الأعضاء ويمكن أن تكون سببا في انقاذ الكثيرين.