تطور تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد في جراحة العظام
شهد قطاع الرعاية الصحية قفزة هائلة مع تطور تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، خاصة في مجال جراحة العظام واستبدال المفاصل. تتيح هذه التقنية إنتاج غرسات مخصصة تتناسب مع التركيب التشريحي لكل مريض، مما يعزز الراحة ويسرع عملية الشفاء. ورغم الفوائد العديدة، لا تزال هناك تحديات تتعلق بمتانة المواد المستخدمة وخصائصها الميكانيكية.
أول ركبة اصطناعية بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد
في إنجاز علمي غير مسبوق، طوّر فريق بحثي من مختبر مواد “سونغشان ليك” في الصين أول ركبة اصطناعية في العالم مصنوعة بالكامل بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالليزر. وحصلت هذه الغرسة على موافقة إدارة المنتجات الطبية الوطنية في الصين باعتبارها جهازاً طبياً مبتكراً.
اعتمد الفريق على سبائك “الكوبالت-الكروم-الموليبدينوم” (CoCrMo)، التي تُصنَّع باستخدام تقنية الانصهار بالليزر، وهي إحدى طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تتيح تصنيع هياكل دقيقة ومخصصة. لكن الاختبارات الأولية أظهرت تفاوتاً في الخصائص الميكانيكية للمادة، ما دفع الباحثين إلى تطوير تقنية معالجة حرارية جديدة.
تحسين متانة الغرسات باستخدام المعالجة الحرارية
لمعالجة مشكلة التفاوت في المتانة، طبق الفريق البحثي عملية معالجة حرارية من خطوتين:
- التسخين الأولي: تم تسخين المادة إلى 1150 درجة مئوية لمدة ساعة، ثم تبريدها سريعاً بالماء، مما أدى إلى إعادة تبلور الحبيبات المعدنية وتحسين انتظام بنيتها.
- التسخين الثانوي: إعادة تسخين المادة إلى 450 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، مما عزّز التوازن في الخصائص الميكانيكية وقضى على التباين بين الاتجاهات المختلفة في المادة.
بعد تطبيق هذه التقنية، أظهرت الاختبارات تحسّناً كبيراً في قوة الغرسات ومرونتها، ما ساعد في تقليل العيوب البنيوية وتعزيز مقاومة التآكل والإجهاد الميكانيكي. ونُشرت نتائج البحث في دورية “Materials Futures” في مارس 2025.
فوائد الغرسات المطبوعة ثلاثياً
أكد الدكتور تشانغوي سونغ، الباحث الرئيسي في المشروع، أن الطباعة ثلاثية الأبعاد تتيح تصنيع غرسات طبية مخصصة تتناسب مع البنية العظمية لكل مريض، مما يعزز التوافق مع العظام ويقلل المضاعفات. وأشار إلى أن هذه التقنية توفر تحكماً دقيقاً في البنية المجهرية، مما يسمح بتصنيع هياكل معقدة يصعب تحقيقها بطرق التصنيع التقليدية.
كما تمتاز الغرسات الجديدة بالمتانة والموثوقية العالية، مما يقلل من خطر الكسر أو الفشل أثناء الاستخدام. كما أن تحسين بنية المعدن يساعد في توزيع الإجهادات بالتساوي، مما يعزز قدرتها على تحمل الضغوط المختلفة بكفاءة أكبر، وبالتالي تقليل الحاجة إلى عمليات الاستبدال المتكررة.
قفزات تقنية في مجال الطباعة الطبية
لم تقتصر الإنجازات على الصين فقط، فقد شهدت السنوات الأخيرة قفزات نوعية في الطباعة ثلاثية الأبعاد للعظام:
- جامعة تكساس في دالاس (2024): طوّر الباحثون تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد منخفضة التكلفة لإنتاج نماذج عظمية واقعية لعظم الفخذ، مما يساعد الأطباء في التخطيط للعمليات الجراحية.
- جامعة واترلو في كندا (2024): طوّر فريق بحثي مادة جديدة تحاكي خصائص العظام، مما يفتح المجال لطباعة رقع عظمية مخصصة لترميم العظام.
- جامعة نيو ساوث ويلز في أستراليا (2021): ابتكر الباحثون حبرًا حيويًا يمكن استخدامه للطباعة ثلاثية الأبعاد للعظام مباشرة داخل الجسم، مما يشكل خطوة واعدة في علاج إصابات العظام الكبيرة.
مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد في جراحة العظام
توقع الباحثون أن تؤدي الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى تحول جذري في تصنيع الغرسات الطبية، من خلال دمج المواد الحيوية مع هذه التقنية لتطوير غرسات تتكامل مع أنسجة الجسم بشكل طبيعي. ومع استمرار الأبحاث، من المتوقع أن تصبح هذه التقنيات المبتكرة جزءًا أساسيًا من جراحات العظام في المستقبل، مما يسهم في تحسين جودة حياة المرضى وتسريع تعافيهم بعد العمليات الجراحية.
