كيف يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد أن تساعد في تحسين الوصول إلى العناية بالعيون

على عكس الطابعة القياسية التي تطبع الكلمات والصور على ورقة مسطحة ، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد تنشئ عنصرًا ثلاثي الأبعاد فعليًا.

تقوم الطابعة ثلاثية الأبعاد بهذا باستخدام طبقات “طباعة” من المواد. تستمر هذه الطبقات في بناء وتشكيل الكائن الذي تطبعه. لهذا السبب ، تعتبر الطباعة ثلاثية الأبعاد تقنية مضافة.

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد بما في ذلك البلاستيك والمعادن والمركبات والسيراميك في كائنات الطباعة ثلاثية الأبعاد.

بالنسبة للأجهزة الطبية للطباعة ثلاثية الأبعاد ، فإن إدارة الغذاء والدواء (FDA) حاليًا ينظم هذه العناصر من خلال مركز الأجهزة والصحة الإشعاعية (CDRH).

وفقًا للدكتور أليكس هوي ، رئيس العلوم الحيوية في مركز أبحاث العين والتعليم (CORE) في جامعة واترلو ، فإن الميزة الرئيسية للطباعة ثلاثية الأبعاد هي المرونة.

قال: “تفتح الطباعة ثلاثية الأبعاد آفاقًا جديدة للتصنيع السريع حسب الطلب والمخصص لأجهزة العين ، بدءًا من النظارات أو العدسات اللاصقة أو إدخالات العين التي توصل الأدوية”. أخبار طبية اليوم. “يمكننا أيضًا الاستفادة من هذه التقنية لتحسين نماذج العين المختبرية لفحص الأدوية أو اختبار منتجات جديدة للعين.”

وأضاف هوي: “في حين أن إمكانات الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال العناية بالعيون واعدة جدًا ، إلا أننا ما زلنا بعيدين جدًا عن هذا الواقع”. “ولهذا السبب بالتحديد قررنا متابعة هذا البحث ، مما يساعد على سد الفجوة بين الطباعة ثلاثية الأبعاد وتطبيقات طب العيون.”

ليست هذه هي المرة الأولى التي ينظر فيها العلماء إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد في صحة العين. دراسة في ديسمبر 2022 أظهر كيف يمكن استخدام الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد لإنشاء أنسجة العين. قامت أبحاث أخرى بفحص الطباعة ثلاثية الأبعاد لـ العدسات اللاصقة و العدسات داخل العين.

قال هوي: “من منظور المستهلك ، تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد بإنتاج الأجهزة الطبية في نقطة الرعاية – على سبيل المثال ، في المكتب أو المنزل”. “سيكون التطبيق الأكثر فائدة في المواقف التي تحتاج إلى تصميم مخصص لمرة واحدة أو تصميم خاص لمريض فريد. نتصور أن هذه التكنولوجيا يمكن أن تكون مؤثرة في العدسات الصلبةو طب العظام، وتسليم الأدوية حيث تكون المنتجات المخصصة والشخصية مرغوبة للغاية. قد تستفيد أيضًا من هذه التقنية المنتجات ذات العمر الافتراضي القصير أو المنتجات التي يستغرق إنتاجها أسابيع أو شهورًا “.

تدور ثلاثة من ابتكارات الطباعة ثلاثية الأبعاد حول صنع واستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد ثنائي ميثيل السيلوكزان (PDMS) رقائق ميكروفلويديك.

نظر الباحثون في استخدام هذه الشريحة لاختبار استجابات خلايا العين لحالات معينة ، وكذلك استخدام الشريحة لصنع عدسة لاصقة يمكنها اختبار الأدوية التي يتم إعطاؤها من خلال العين.

بالإضافة إلى ذلك ، تمكن العلماء من الدمج الخلايا الظهارية القرنية البشرية (HCECs) في شريحة PDMS لاستخدامها في الدراسات البيولوجية للخلية.

وأوضح هوي أن “أجهزة الموائع الدقيقة هي أداة شائعة تستخدم في البحث والتشخيص”. “على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك شرائط اختبار COVID التي تستخدم مبادئ مماثلة ، حيث يتم استخدام كمية صغيرة فقط من السوائل للحصول على المعلومات. تُستخدم تلك المصنوعة من PDMS بشكل أساسي للبحث الذي يحتوي على الخلايا ، ولكن العملية التقليدية لصنع أجهزة ميكروفلويديك PDMS طويلة جدًا ومكلفة. “

“استفاد CORE من الطباعة ثلاثية الأبعاد كوسيلة للمساعدة في تسهيل هذه العملية ، مما مكننا من إنشاء عناصر تصميم لا تكون ممكنة عادةً باستخدام الأساليب التقليدية” ، تابع. “نحن نستخدم رقائق PDMS هذه للمساعدة في اختبار وفحص الأدوية والمنتجات الجديدة على الخلايا من حيث السلامة والفعالية. يمكننا أيضًا تصميم هذه الشرائح في المستقبل كأداة تشخيصية ، مثل الكشف المؤشرات الحيوية للفيلم المسيل للدموع لأمراض عين محددة ، بطريقة سريعة نسبيًا من التصميم إلى النماذج الأولية “.

ركزت دراسة أخرى على تطوير مادة قابلة للتحلل بيوينك للطباعة ثلاثية الأبعاد لاجهزة العيون.

في هذه الدراسة ، استخدم الباحثون الرابط الحيوي لمواد الطباعة ثلاثية الأبعاد التي يمكن استخدامها لصنع عدسات لاصقة قابلة للتحلل.

قال Hui: “Bioinks هي مواد لها ملف بيولوجي متوافق ويمكن أيضًا طباعتها باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد”. “نريد استخدام هذه التقنية لطباعة إدخالات بصرية قابلة للتحلل الحيوي لتوصيل الأدوية ، وتصميماتها الهندسية بسيطة للغاية ، مما يجعل هذا أمرًا سهلاً.”

وأضاف: “كتمرين تعليمي ، أردنا أيضًا معرفة ما إذا كان بإمكاننا طباعة عدسات لاصقة ناعمة ، وهي رقيقة جدًا وناعمة ، والتي تواجه العديد من التحديات لطباعتها بشكل صحيح”. “سوف نستخدم الدروس المستفادة ونطبقها على العدسات الصلبة للطباعة ثلاثية الأبعاد – مثل العدسات الصلبة و عدسات ortho-K. “

طور باحثو CORE أيضًا نموذج عين هيدروجيل ناعم مع أسطح تحاكي الأسطح الطبيعية لـ القرنية و الصلبة العينية. يحتوي النموذج أيضًا على غرفة داخلية لتقليد الجزء الداخلي الطبيعي للعين.

يعتقد الباحثون أن هذا النوع من نماذج العين يمكن استخدامه لاختبار إدارة أدوية العين وكيفية امتصاصها من خلال القرنية.

وأوضح هوي: “هناك الكثير من الدراسات التي تتطلب منا فهم كيفية انتشار الأدوية واختراقها في مؤخرة العين ، ولا توجد طريقة لمحاكاة ذلك”. “من خلال تجربة تركيبات مختلفة من الوصلات الحيوية ، يمكننا الآن طباعة مقلة عين هيدروجيل ثلاثية الأبعاد بهياكل مجوفة تحاكي الغرف الأمامية والخلفية. سيساعدنا التقدم الإضافي في دراسة طرق توصيل الأدوية المختلفة إلى مؤخرة العين. مع تطور عملنا ، نأمل في إنتاج نماذج ليس فقط للأبحاث ولكن أيضًا للأغراض التعليمية ، مما يسمح للأطباء بالتعلم وممارسة التقنيات عليها قبل تفاعل المريض. “

أخبار طبية اليوم تحدث أيضًا مع الدكتور بنجامين بيرت ، طبيب العيون في مركز ميموريال كير أورانج كوست الطبي في كاليفورنيا ، حول هذا البحث.

قال بيرت ، الذي لم يشارك في هذا البحث تحديدًا: “أي تطبيق لتقنيات جديدة يمكننا استخدامها لمحاولة تحسين الرعاية التي نقدمها وإحضار الأشياء إلى المستقبل يكون دائمًا مفيدًا ومثيرًا دائمًا”.

عند الحديث عن الفوائد التي قد توفرها الطباعة ثلاثية الأبعاد لأخصائيي العناية بالعيون في المستقبل ، قال بيرت إنها ستفتح إمكانية الوصول.

“لذلك يمكنك الحصول على تقنية تم تطويرها في جزء واحد من العالم ، ومن ثم من خلال القدرة على طباعتها بمجرد الوصول إلى طابعة ثلاثية الأبعاد ، فهذا يعني أنه يمكنك إحضارها حتى في الأجزاء البعيدة جدًا ولا يزال بإمكانك الوصول إلى هذا تكنولوجيا متطورة للغاية “.

وأضاف بيرت “أعتقد أنها تقنية مثيرة للغاية”. “لديها الكثير من التطبيقات المستقبلية. وكان هذا نوعًا من الخطوة الأولى في تقديم بعض الأشياء التي يمكن استخدامها فيها. أعتقد أننا سنسمع الكثير عنها مع مرور الوقت ومع استمرار تقدم البحث “.