الطابعة الحيوية ثلاثية الأبعاد
اطلقت شركة ستراتاسيس الاميركية طابعة ثلاثية الأبعاد
تمتاز بأنها الأولى في العالم القادرة على طباعة أجسام بالألوان الكاملة وباستخدام مواد متعددة.
عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد هي عملية تشكيل جسم صلب ثلاثي الأبعاد لأي شكل عبر نموذج رقمي، ويتم إنجازها عبر استخدام آليات عمل مضافة
حيث يتم وضع طبقات متعاقبة من الأسفل إلى أعلى بأشكال مختلفة. وتعتبر الطباعة ثلاثية الأبعاد مختلفة عن تقنيات العمل في المعدات التقليدية،
والتي تعتمد في الغالب على تشكيل المجسمات عبر إزالة المواد من خلال القطع أو الحفر.
وقالت الشركة التي تتخذ من مدينة مينيابولس بولاية مينيسوتا الأميركية مقرًا لها،
إن "أوبغيت500 كونيكس3 كولور ملتي-ماتيريال ثري دي برينتر"، وهو الاسم الذي أطلقته على طابعتها الجديدة، تمتاز بتقنية الدمج الثلاثي التي تجمع بين قطرات مكونة من ثلاث مواد أساسية،
تساعد على تقليل الاعتماد على طباعة الأجسام ومن ثم تلوينها، وسيساهم المنتج الجديد في توفر الوقت والجهد للمصممين والصناع.
وبواسطة دمج تقنية خلط الألوان التي توفرها الطباعة ثنائية الأبعاد التقليدية، وباستخدام الألوان الأساسية الثلاثة الأزرق السماوي، والأرجواني، والأصفر، ضمن طابعتها ثلاثية الأبعاد الجديدة،
قالت الشركة إن ذلك يسمح بالحصول على أجسام متعددة المواد تقوم طباعتها بمئات الألوان.
وفي حين تتكون مواد الطباعة الأساسية من المطاط والبلاستيك، أوضحت ستراتاسيس أنه يمكن دمجهما ومعالجتهما لبناء منتجات متفاوتة تمتاز بالمرونة والصلابة والشفافية.
وأول طابعة ثلاثية الأبعاد في العالم قادرة على طباعة أجسام بالألوان الكاملة وباستخدام مواد متعددة، تأتي بسعر 330 الف دولار أميركي.
والطباعة ثلاثية الأبعاد هي صيغة من تكنولوجيا التصنيع بالاضافة حيث يـُخلق الشيء ثلاثي الأبعاد بوضع طبقات متتالية. والطابعات ثلاثية الأبعاد في العادة أسرع وأوفر
وأسهل في الاستعمال من التكنولوجيات الأخرى للتصنيع.
وتتيح الطابعات ثلاثية الأبعاد للمطورين القدرة على طباعة أجزاء وتجميعات وتركيبات مصنوعة من مواد مختلفة وبمواصفات ميكانيكية وفيزيائية مختلفة في عملية بناء واحدة.
والتكنولوجيات المتقدمة للطباعة ثلاثية الأبعاد تنتج نماذج تشابه كثيراً منظر وملمس ووظيفة النموذج الأولي للمنتج.
في السنوات الأخيرة، أصبح من الممكن مالياً تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد على مستوى المشروعات الصغيرة-المتوسطة، وانتقلت النمذجة من الصناعات الثقيلة إلى البيئة المكتبية.
وكذلك تقدم الطباعة ثلاثية الأبعاد عروض هائلة لتطبيقات الإنتاج. وتستخدم هذه التقنية في المجوهرات، الأحذية، التصميم الصناعي، والعمارة، والهندسة، والانشاءات، والسيارات،
والطائرات، وطب الأسنان والصناعات الطبية.
وتوصل باحثون صينيون في وقت سابق إلى ابتكار طابعة ثلاثية الأبعاد قادرة على صنع الأعضاء البشرية من الخلايا، في خطوة من شأنها أن تشكل ثورة في عالم الطب.
وهذه الأعضاء قد تحمل الأمل لملايين المرضى في الصين، البلد يالذي يمنع فيه زرع الأعضاء باستثناء تبرع الأبوين والأقارب.
وتشكل هذه الطابعة البيولوجية ثلاثية الأبعاد، التي أطلق عليها اسم "ريغينوفو"، مستقبل الطب التجديدي.
وصنع "ريغينوفو" أعضاء بشرية من خلايا مصنوعة من مادة هلامية.
وقد توصل فريق من الباحثين الصينيين في جامعة هانغزو للعلوم والتكنولوجيا إلى صنع كلية ثلاثية الأبعاد، لكنها تفتقر إلى الأعصاب والأوعية الدموية في الوقت الحالي.
يذكر أن المواد التي يتم استخدامها في الطابعة تنتمي إلى نوع من الهايدروجيل الذي يشبه الجيلاتين أو الكولاجين ويملك خصائص فيزيائية تشبه الأعضاء البشرية.
ولا يعد هذا الابتكار الصيني الأول من نوعه، فالباحثون في الولايات المتحدة متقدمون في هذا المجال،
لكن يبقى التحدي الأكبر هو العثور على طريقة لهندسة الأعضاء المطبوعة بحيث يقبلها الجسم.
تحظى تكنولوجيا صناعة الأعضاء والأنسجة في المعامل بشعبية عالية لدى خبراء البيولوجيا،
حيث تعني الطباعة البيولوجية خلق أنسجة حية مختلفة بواسطة طابعات ثلاثية الأبعاد ثم زرعها في جسم المريض أو استخدامها لاختبار الأدوية.
وفي الوقت الحالي، تعد طريقة الطباعة البيولوجية الأكثر انتشارا هي إنماء الأنسجة من نوع واحد على هيكل يذوب في المرحلة النهائية.
إلا أن هذه الطريقة لا تصلح لطباعة بدائل ثلاثية الأبعاد للأنسجة الغضروفية والأنسجة العضلية
. ويقول المهندس البيولوجي إبراهيم أوزبولات وفريقه من جامعة آيوا الأمريكية إنهم طوروا تكنولوجيا شاملة جديدة للطباعة البيئية ستتيح في المستقبل القريب بناء الكلى البشرية.
وقام العلماء بتجهيز الطابعة الثلاثية الأبعاد بطرفين آليين حتى تستطيع إنتاج ألياف وخلايا في آن معا. وقال أوزبولات:
"يمكن إضافة الطرفين الثالث والرابع حتى ينتج كل منها نوعا جديدا من الخلايا أو الأنسجة أو أوعية دموية أو وصلات أو عناصر خاصة بكل عضو".
طباعة قلوب ثلاثية الأبعاد من الخلايا الدهنية للإنسان
معهد «ابتكار تصميمات القلب والأوعية الدموية» بمدينة لويزفيل بولاية كنتاكي الأمريكية،
ا يهدف إلى طباعة قلب متكامل بكل مكوناته.
وفي عملية طباعة القلب ثلاثية الأبعاد يستخرج العلماء الأنسجة الدهنية من جسم المريض، ثم يعزلون الخلايا الجذعية آليًّا،
ويمزجونها مع غراء آمن حيويًّا، ويضعونها في ماكينة ويضغطون على أحد الأزرار فيخرج قلب ثلاثي الأبعاد في غضون ساعة.
ولا بد من تجميع بعض أجزاء القلب مثل الأوعية الدموية والصمامات كل على حدة، فلا تتوافر بعد التكنولوجيا التي تمكن من الحصول على قلب جاهز التجميع.
وفي الوقت الحالي لا تستطيع الطابعات أن تطبع سوى تركيبات شديدة الصغر، مثل الأوعية الدموية والشرايين التاجية التي يستخدمونها في عمليات جراحية أخرى.
ويحتوي القلب المطبوع على خمسة أجزاء؛ وهي: الصمامات، وأوعية الشرايين التاجية، ونظام دوران الأوعية الدقيقة، والخلايا القابضة، والنظام الكهربائي للعضو.
ويستبعد الفريق أن يلفظ جسم المريض القلب؛ نظرًا لأنه مصنوع من أنسجة المريض نفسه. وفي الماضي لم يتمكن العلماء الذين طبعوا أعضاء ثلاثية الأبعاد،
مثل الكبد، من الحفاظ عليها حية؛ لذا يأمل الفريق في تجنب هذه المشكلة من خلال تشجيع خلايا المريض على أن تتصل بالأوعية المطبوعة بشكل طبيعي؛
حتى يتدفق الدم إلى القلب ويظل حيًّا. ويرى العلماء أنه باستخدام الخلايا وتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد سيمكن صناعة عظام وأعضاء بشرية وأجهزة طبية،
بل وحتى أنسجة بشرية بدلًا من الأجزاء الآلية
قريباً.. أول كبد بشري صناعي
بطباعة ثلاثية الأبعاد
أعلنت مجلة "كمبيوتر وورلد" الأمريكية على موقعها الإلكتروني أن التقدم في مجال
الطباعة ثلاثية الأبعاد للأعضاء البشرية قطع شوطًا طويلًا
لدرجة أن شركة "أورجانوفو" للطباعة البيولوجية ومقرها مدينة سان دييجو الأمريكية
تتوقع أن تزيح النقاب عن أول كبد بشري صناعي
تم تخليقه بواسطة تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد العام المقبل.
وتتمحور فكرة الطباعة المجسمة حول وضع طبقات متتالية من المادة وتحويلها إلى جسم
صلب يأخذ نفس شكل الجسم الأصلي المراد تقليده أو استنساخه،
وفي حالة الطباعة البيولوجية للأعضاء البشرية، تكون المادة المستخدمة في عملية الطباعة هي الأنسجة البشرية، ولكن المشكلة الرئيسية
تكمن في تصنيع شبكة الأوعية الدموية اللازمة
لتغذية العضو المستنسخ بالأكسجين والغذاء اللازم لبقائه على قيد الحياة.
وقالت شركة "أورجانوفو" إنها استطاعت التغلب على هذه المشكلة إلى حد ما، وقال "مايك
رينارد"، نائب الرئيس التنفيذي للشركة للعمليات التسويقية،
"استطعنا طباعة أنسجة بدرجات سمك تزيد على 500
ميكرون، وتمكنا من إبقاء الأنسجة الكبدية في حالة عمل كامل لفترة 40 يومًا على
الأقل"، ويبلغ الميكرون واحدًا على مليون من المتر.
وأوضح الباحثون في "أورجانوفو" أنهم استطاعوا طباعة خلايا من الألياف وخلايا وعائية
يمكن استخدامها لتطوير نظام دموي دقيق، مما يسمح بإبقاء الأنسجة على قيد الحياة.
وكان فريق بحثي بجامعتي "إم.أي.تي" وبنسلفانيا الأمريكيتين قد نجح هذا العام في
التوصل إلى تقنية جديدة تسمح بـ"طباعة" شبكة كاملة من الأوعية الدموية
باستخدام مزيج مصنوع من مواد سكرية، في سابقة هي
الأولى من نوعها في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد.
وتستخدم الطابعة هذا المزيج كما لو كان "حبرًا" لطباعة شبكة الأوعية الدموية
المطلوبة، وتسمح خصائص هذا المزيج بنسخ القالب،
الذي يأخذ شكل شبكة من الأوردة والشرايين
وتحويله إلى شبكة مؤقتة من الأنابيب، طبقاً لما ورد بوكالة الأنباء "الألمانية".
ويعمد الباحثون بعد ذلك إلى تغليف شبكة الأنابيب بمركب كيميائي يعرف باسم "البوليمر"
من أجل تجفيف شبكة الأوعية المطبوعة،
ويهدف الفريق البحثي إلى "طباعة" أعضاء حية وزرعها داخل أجسام بعض الحيوانات لأغراض البحث العلمي
تقنية ثلاثية الأبعاد لطباعة الآذان البشرية
توصل باحثون من جامعة كورنل الأميركية إلى طباعة آذان بشرية مخصصة للأطفال الذين يخلقون بتشوهات خلقية أو بلا آذان،
أو حتى لمن يتعرضون لحوادث مؤسفة تؤدي لخسارتهم آذانهم. وتعتبر طباعة الأذن جزء من مضمار جديد يخوضه العلماء حول إعادة إحياء الأنسجة الحية.
ويأمل العلماء بأن تؤدي ماكينات الطباعة ثلاثية الأبعاد بالخروج بنتئاج مشابهة جدا للأعضاء البشرية الحقيقية.
وقال المهندس البيوكيميائي في الجامعة لورنس بونصار لوكالة "أ ب" :"تمكننا هذه الآلية من الخروج بنتائج سريعة تساعدنا في عمليات الزراعة لاحقا".
وكانت أولى نتائج التجربة أذنا بشرية مصنوعة من غضروف بقري لسهولة استخراجه أكثر من البشر.
وقال أحد المشاركين في الدراسة إن التحدي المقبل يكمن في كيفية زراعة الجزء الموجود أصلا من أذن الطفل المشوه لينمو في المختبر
ويصبح أذنا كاملة تزرع لاحقا في مكانها الصحيح".
وقال مدير معهد الطب المتجدد أنطوني عطالله "إن الاكتشاف الحديث يعتبر تقدما بارزا في مجال زراعة الأعضاء.
ويتم حاليا استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاء للحصول على أشكال مختلفة في مجال الصناعة،
أما في الطب فيمكن استخدام هذه التقنية لطباعة اي شيء واستخدامه لفترة طويلة من الزمن".
وفي يومنا الحالي، يتم ربط الأذن الاصطناعية بحبل في الرأس. وتقوم الطابعة ثلاثية الأبعاء بالدوران حول رأس الطفل لتأخذ صورة من الأذن الأخرى الموجودة،
ومن ثم تنقل هندسة هذه الأذن إلى جهاز الكومبيوتر بدون الحاجة للأشعة لأخذ قياسات الأذن الصحيحة.
وبعد أخذ الصورة، تقوم الطابعة بإنتاج نسخة طرية من الأذن، ومن ثم يتم حقنها بمادة الكولاجين المليئة بخلايا بقرية غضروفية
وبعد عدة أسابيع يتحول الغضروف إلى كولاجين، إلى أن تصل لمرحلتها النهائية بشكلها النهائي بعد 3 شهور
.ويأمل فريق بونصار بتسريع العملية عبر استخدام خلايا حية من مادة الكولاجين البشرية كحبر للطابعة.
ويركز جراحون متخصصون بالترميم على الأطفال الذين يخلقون بآذان غير مكتملة.
ويمكن استخدام مادة الغضروف بسهولة لأنها لا تحتاج لشرايين دموية بداخلها كي تعيش وتنم
تمكن باحثون بواسطتها من صناعة مواد تشبه العظام وأوعية دموية
التي ستقلل من وقت الانتظار الطويل لدى عدد كبير من المرضى المحتاجين إلى زراعة أعضاء بشرية، وبخاصة القلب والكلية والكبد والبنكرياس.
ففي السنوات القليلة الماضية استطاع الباحثون تصنيع مثانة ومجرى بول وقصبة هوائية زرعت في مرضى خلال تجارب سريرية،
وتعد تقنية الطابعات ثلاثية الأبعاد من بين الأساليب الواعدة في تصنيع مزيد من الأعضاء البشرية خلال السنوات القليلة المقبلة.
ففي 29 نوفمبر (تشرين الثاني) الماضي أعلنت جامعة ولاية واشنطن الأميركية عن تمكن باحثين بالجامعة، باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد،
من تصنيع مواد وهياكل تشبه العظام، يمكن استخدامها في إجراءات تقويم العظام والأسنان،
والعمل على نقل الأدوية لعلاج مرض ترقق أو هشاشة العظام الذي يزيد بتقدم العمر، ويتصف بنقص كتلة وكثافة العظام
(كمية العظم العضوية البروتينية التي تحفظ للعظم هيئته ومرونته، وغير العضوية كعنصر الكالسيوم التي تعطي للعظام القوة والصلابة)،
وقد نشرت الدراسة في عدد نوفمبر الماضي من مجلة مواد طب الأسنان (Dental Materials)،
والمواد والهياكل العظمية الصناعية الجديدة تقترن بالعظام الطبيعية الأصلية،
وتكون بمثابة سقالة أو منصة لتنمو عليها عظام جديدة، وتذوب وتتحلل السقالة تماما في نهاية المطاف، ومن دون أي آثار سلبية واضحة، تاركة العظام الجديدة.
يقول البروفسور إن هناك 4 أنواع من الأعضاء والخلايا التي يتم تنميتها وتطويرها في المختبرات،
وفقا لطبيعتها ونوعيتها، هي خلايا الجلد التي تعتبر أقل تعقيدا، والأجهزة الوعائية مثل الأوعية الدموية،
والأعضاء المجوفة مثل المثانة والمعدة، والأعضاء الصلبة وهي أكثرها صعوبة على الإطلاق مثل القلب والكبد والكلية.
وتتم عملية نسخ خلايا العضو المراد تنميته باستخدام أساليب وتقنيات عالية الجودة، يستخدم فيها أجهزة حديثة متطورة.
مع تقدّم تقنية الطباعة بالأبعاد الثلاثة، أكدت "جاتنر" إلى إن قدرتها على تصنيع أجزاء بشرية مخصّصة تلقى رواجًا كبيرًا في سوق التجهيزات الطبية،
لاسيما في المناطق الضعيفة اقتصاديًا والتي مزّقتها الحرب، إذ يزداد الطلب هناك على الأجهزة الخاصة بالأعضاء البشرية الصناعية وغيرها من الأجهزة الطبية.
وبعيدًا عن قطاع الرعاية الصحية، توقعت مؤسسة "جارتنر" أن تجلب الطباعة ثلاثية الأبعاد تغيرات وتحديات كبيرة،
إذ تشير توقعاتها المؤسسة إلى أن 7 من أكبر 10 شركات للتجزئة ممن تعتمد على القنوات المتعددة في العالم ستستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد لتجهيز الطلبات المخصّصة،
كما سيتم بناء نماذج أعمال جديدة كليًا اعتمادًا على هذه التقنية.
وعلّقت "ميريام بيرت"، نائب الرئيس للأبحاث لدى "جارتنر" على ذلك بالقول: لقد بدأت بعض شركات التجزئة بيع الطابعات ثلاثية الأبعاد للمستهلكين
الذين أصبح بإمكانهم تصنيع المنتجات وفق تصاميمهم الخاصة، وإننا نتوقع انتشار خدمات النسخ ثلاثي الأبعاد ومكاتب الطباعة ثلاثية الأبعاد
بحيث يمكن للمستخدمين جلب النماذج ثلاثية الأبعاد إلى متاجر التجزئة والحصول على تصاميم ومجسمات فائقة الجودة عبر خدمة الطباعة ثلاثية الأبعاد،
ويمكن تنفيذ ذلك باستخدام مواد عديدة مثل البلاستيك والسيراميك والستانل ستيل ومعدن الكوبالت وسبائك التيتانيوم.
ورأت المؤسسة البحثية أنه سيكون من الصعب على الشركات في ظل هذه التطوّرات حماية ابتكاراتها الخاصة أو الحقوق الفكرية المسجلة باسمها،
كما ستتراجع قدرتها على الاستفادة من تلك الحقوق، وستساهم عمليات انتهاك وسرقة الملكية الفكرية في تخفيض كلفة تطوير المنتجات وسلاسل الإمداد،
مما سيتيح بيع السلع المقلّدة بسعر منخفض، وقد يحصل المستخدمون الذين لا يلتزمون الحرص الكافي على منتجات ذات أداء سيء أو خطر أحيانًا.