الأمراض القلبية الوعائية هي سبب رئيسي للوفاة في أمريكا الشمالية – قد يغيّر الطباعة ثلاثية الأبعاد هذا

تودي أمراض القلب والأوعية الدموية بحياة ملايين الأشخاص سنويًا، وتظل من أبرز أسباب الوفاة في معظم البلدان. وقد كشف باحثون عن طريقة جديدة لطباعة أوعية دموية قد تساعد مستقبلًا في تحسين نتائج جراحة المجازة وتطوير الهندسة الحيوية. وفيما يلي أبرز تفاصيل البحث.

الأمراض القلبية الوعائية – إحصاءات

الأمراض القلبية الوعائية هي السبب الرئيسي للوفاة في الولايات المتحدة ومعظم الدول الصناعية حول العالم. العديد من العوامل أدت إلى هذا السيناريو، بما في ذلك الأنظمة الغذائية غير الصحية، واستخدام الكحول، وانخفاض جودة الهواء، وإساءة استعمال التبغ. كل هذه الأفعال يمكن أن تقود الشخص إلى الإصابة بالأمراض القلبية الوعائية.

معالجة الأمراض القلبية الوعائية اليوم

نظرًا إلى العدد الكبير من ضحايا أمراض القلب، تُبذل جهود واسعة لتحسين العلاج. يحتاج بعض المرضى إلى جراحة مجازة، تُستخدم فيها أوعية مأخوذة من جسم المريض أو طعوم صناعية لإنشاء مسار جديد للدم يتجاوز الجزء المسدود.

كان إنشاء هذه الطعوم الوعائية موضوعًا للدراسة لسنوات عديدة، إذ يصعب للغاية إعادة إنشاء وريد يطابق قوة الأوردة الطبيعية وخصائصها. وتتيح حاليًا أساليب الطباعة الحيوية القائمة على البثق والهلام المائي للمتخصصين إنشاء مسارات وقنوات محددة عند الحاجة. إلا أن لأساليب الطباعة الحيوية هذه قيودًا.

تشمل قيود بعض طرق الطباعة الحيوية ضعف المتانة والقوة والسلامة البنيوية. فقد تعجز الأوعية المطبوعة عن الحفاظ على شكلها عندما يزيد طولها. لذلك يعمل الباحثون على طرق تجعل الطعوم الصناعية أقوى وأكثر تحملًا.

تفاصيل الدراسة

تبحث دراسة «تصنيع طُعم وعائي مرن باستخدام الطباعة بالبثق وتقنية الغزل الكهربائي» طرق تحسين قوة الشد وتحمل الضغط، بهدف إنتاج طعوم وعائية صغيرة القطر وأكثر موثوقية.

تقنية الغزل الكهربائي

استخدم الباحثون الغزل الكهربائي لتعزيز الطعوم الوعائية المطبوعة ثلاثيًا من هلام gelMA. يجمع النظام بين الطباعة بالبثق وقوة كهروستاتيكية تسحب أليافًا بالغة الدقة وتُرسب طبقة نانوية فوق الطُعم لتعزيز قوته.

المصدر – تقنيات المواد المتقدمة

مكّنت هذه الاستراتيجية الباحثين من إنشاء أوردة ذات سماكة جدار موحدة على امتدادها. كما صُممت بنية الأوردة لتعمل مثل المصفوفة خارج الخلوية (ECM) للأنسجة الطبيعية. وجمعت منظومة الطباعة ذات المغزل الدوار العمودي بين رأسي غزل كهربائي وهلام مائي من gelMA مسخّن مسبقًا، يُدفع عبر رأس طباعة بالبثق.

دارت الأسطوانة العمودية بسرعة 20 دورة في الدقيقة، بينما بُثق الهلام من رأس مدبب بقياس 18 G بمعدل ثابت قدره 0.22 ملليلتر في الدقيقة. أُعد هلام ميثاكريلويل الجيلاتين (gelMA) باستخدام أنهيدريد الميثاكريليك. وساعد المحلول الملحي المنظّم بالفوسفات في ضبط الأس الهيدروجيني، ثم أدى التعرض للضوء إلى تشابك البنية وتصلبها.

الألياف النانوية

بعد تصلب gelMA، تُضاف طبقة بنيوية من الألياف النانوية لتقوية الطُعم. صُنعت الألياف باستخدام نسب مختلفة من محاليل بولي كابرولاكتون (PCL) وبولي(L-لاكتيد-المشترك-ε-كابرولاكتون) (PLCL). وأظهرت الطعوم المعززة بعض الخصائص الميكانيكية المشابهة للأوعية الدموية الطبيعية.

اختبار الطرق الجديدة

أجرى الباحثون اختبارات متعددة للقوة وتحمل الضغط والمتانة وغيرها من الخصائص. وفي الاختبارات الأولية، استُخدم مقياس ريولوجيا Kinexus Ultra+ بصفائح متوازية قطرها 40 مم وخشنة السطح بالسفع الرملي.

ضغط الانفجار

اختبر الفريق أيضًا ضغط الانفجار، أي أقصى ضغط يتحمله الطُعم قبل تمزقه. وتكمن أهمية ذلك في أن بعض البنى السابقة كانت تتحمل ضغطًا أقل من الأوعية البشرية الطبيعية.

اختُبرت طعوم gelMA المعززة بالألياف باستخدام جهاز اختبار شامل Instron 3367 معدّل. وبإدخال الضغط إلى الطُعم، أمكن قياس مقدار الضغط الذي تستطيع البنية تحمله.

قوة الشد

اختبر الباحثون مقاومة الشد في اتجاهات مختلفة. كانت بعض البنى الهلامية التقليدية ضعيفة عند الشد أو الضغط، ولا تحافظ على شكل مقطعها عند الاستطالة. وصُممت طبقة الألياف النانوية للحد من هذه المشكلة.

تحقق الفريق من قوة البنى في الاتجاهين المحيطي والطولي. وأبرزت النتائج تحسن متانة الطعوم المعززة بالنانو وقدرتها على الحفاظ على بنيتها في ظروف الاختبار.

اختبار التوافق الخلوي

كان من المهم أيضًا معرفة تفاعل المواد مع الخلايا الحية. قيّمت اختبارات التوافق الخلوي قدرة الخلايا على البقاء والنمو. ولا تثبت هذه الاختبارات وحدها أن الجسم لن يرفض الطُعم بعد الزرع، لكنها توفر أساسًا مفيدًا للدراسات اللاحقة.

نتائج الاختبار – الأمراض القلبية الوعائية

أظهرت اختبارات ضغط الانفجار وقوة الشد أن الأوعية الصناعية تتمتع بخصائص ميكانيكية قريبة من الأوعية الطبيعية. وهذه خطوة مهمة في تطوير الطعوم الحيوية المطبوعة ثلاثيًا، مع بقاء الحاجة إلى تجارب حيوانية وبشرية قبل استخدامها سريريًا.

فوائد دراسة الأمراض القلبية الوعائية

قد توفر طباعة طعوم بقوة مقاربة للأوعية الطبيعية فوائد متعددة، منها تسهيل الحصول على طعوم مناسبة مستقبلًا. ومع تزايد عبء أمراض القلب والأوعية الدموية، تزداد الحاجة إلى منتجات ورعاية أفضل.

تكاليف أقل

طرق جراحة المجازة الحالية فعالة، لكن هناك مجالًا لتحسينها. وقد تساعد التقنية الجديدة مستقبلًا في تحسين النتائج وتقليل التكلفة عبر تصنيع طعوم متجانسة عند الحاجة. ويمكن أن يخفض تطوير المواد والإنتاج التكلفة بصورة أكبر.

طُعوم وعائية ذات قطر صغير

من المزايا الأساسية إمكانية تصنيع طعوم وعائية أصغر قطرًا. فقد حدّ ضعف الثبات البنيوي سابقًا من مدى صغر الممرات التي يمكن طباعتها مع الحفاظ على قوتها.

تحسن الطريقة الجديدة الأداء البنيوي للطعوم الرقيقة المطبوعة حيويًا، مما يسمح بإنشاء نماذج أصغر وأكثر دقة. وقد تسهم أيضًا في تقليل الوقت اللازم لطباعة بدائل متينة.

طُعم أطول

ميزة أخرى هي إمكانية طباعة طعوم أطول. فالهلام المستخدم في بعض الطرق السابقة لم يكن ثابتًا بما يكفي لتحمل تغيرات الضغط في البنى الطويلة، مما يزيد خطر انهيارها مع زيادة طولها.

يساعد التعزيز بالألياف النانوية في الحفاظ على قوة وسماكة جدار متجانستين على امتداد الطُعم. وقد يتيح ذلك مسارات مجازة أطول وأكثر تعقيدًا، بما قد يعود بالنفع على المرضى مستقبلًا.

باحثو الأمراض القلبية الوعائية

كان فاراز فاضل المؤلف الرئيسي للدراسة التي أُجريت في جامعة إدنبرة بالتعاون مع جامعة هيريوت-وات. ومن المخطط إجراء دراسات حيوانية لاحقة بالتعاون مع معهد روزلين بجامعة إدنبرة. ومن المشاركين الآخرين Ferry P.W. Melchels وAndrew McCormack وAndreia F. Silva وElla-Louise Handley وNurul Ain Mazlan وAnthony Callanan وVasileios Koutsos وNorbert Radacsi.

الشركات التي يمكنها الاستفادة من دراسة الأمراض القلبية الوعائية

قد يفتح هذا البحث فرصًا جديدة في القطاع الطبي. وبعد التطوير والاختبار، يمكن أن يحسن حياة المرضى ويوفر فرصًا تجارية للشركات التي تتبناه. وفيما يلي بعض الشركات ذات الصلة بهذا المجال.

1. Abbott Laboratories

ABT مخطط السعر

تعمل Abbott Laboratories (ABT ) منذ عام 1888، وهي من أبرز مزودي المنتجات الصحية للقلب والأوعية الدموية والأعصاب والتمثيل الغذائي. وتوفر دعامات وصمامات قلب وأجهزة قابلة للزرع تُستخدم عالميًا لتحسين حياة المرضى.

تمتلك الشركة عدة مكاتب وتوظف أكثر من 90 ألف شخص حول العالم. وهي تملك براءات اختراع لعدة أجهزة للعناية بالقلب، وتتوفر منتجاتها في أكثر من 100 سوق. واليوم، تُعد Abbott Laboratories أحد أشهر الأسماء في قطاع الرعاية القلبية الوعائية. وقد شهدت الشركة المصنعة نموًا ملحوظًا مؤخرًا بفضل الجمع بين الابتكار وتعزيز مكانتها في السوق.

وفق النتائج المنشورة في يوليو 2024، بلغت مبيعات Abbott Laboratories في النصف الأول من عام 2024 نحو 20.341 مليار دولار. وتُتداول أسهمها في بورصة نيويورك. ويجعلها حضورها في رعاية القلب والأوعية الدموية شركة تستحق الدراسة من جانب المستثمرين.

2. Boston Scientific Corporation

BSX مخطط السعر

تأسست Boston Scientific Corporation (BSX ) عام 1979 في ماساتشوستس، وأصبحت من أبرز مزودي أجهزة القلب والأوعية الدموية. وتشتهر بالدعامات وأجهزة تنظيم ضربات القلب ومزيلات الرجفان القابلة للزرع، التي تساعد في إنقاذ حياة المرضى حول العالم.

تعهدت الشركة أيضًا بتعزيز استدامة أعمالها، وحصلت على تقدير شمل إدراجها في مؤشر داو جونز للاستدامة وقائمة Forbes للشركات الأمريكية الأكثر عدلًا. واستهدف إعادة تنظيمها مؤخرًا تحسين الكفاءة وبناء ثقة المستثمرين. ويشير المقال إلى أداء إيجابي للسهم خلال عام 2024.

مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد في الرعاية الصحية

إتاحة هذه الحلول منخفضة التكلفة للناس عامل مهم في مستقبل الرعاية الصحية. وقد تمهد التقنية الهجينة لرعاية أسرع وأقل تكلفة. وهناك تطورات أخرى بارزة في الطباعة ثلاثية الأبعاد الصحية.

الأدوية المطبوعة ثلاثيًا

يتوسع مجال الأدوية المطبوعة ثلاثيًا مع ظهور طرق تصنيع جديدة. وقد طور فريق بحثي طريقة للتحقق من الجرعة والجودة في الوقت الفعلي. ويمكن أن يساعد ذلك مستقبلًا في تصنيع الأدوية بسرعة أكبر وفي المواقع النائية.

نماذج الأعضاء المطبوعة ثلاثيًا

يشمل تطوير الأدوية المطبوعة ثلاثيًا البحث عن طرق مناسبة لاختبارها. وقد طور مهندسون طريقة لطباعة «جسم على رقاقة» تسمح بدراسة تأثير الأدوية في المختبر. ويمكن أن تقلل التكلفة وتتيح نماذج ذات خصائص جسدية محددة لاختبار الأفكار.

طباعة نسيج الدماغ

تفتح الطباعة الحيوية فرصًا للبحث في علاجات وإجراءات جديدة. ويعمل الباحثون منذ سنوات على إعادة إنشاء أنواع من أنسجة الجسم في المختبر. وقد نجح فريق في طباعة نسيج يحاكي بعض خصائص نسيج الدماغ، باستخدام هلام لين يسمح للعصبونات بالنمو والتفاعل، بهدف دراسة نشاط يشبه ما يحدث في الدماغ.

قد تساعد الطباعة ثلاثية الأبعاد مرضى القلب والأوعية الدموية

قد تمهد هذه التطورات لرعاية قلبية وعائية أسرع وأكثر كفاءة. فالطعوم الأقوى والأطول والأكثر أمانًا يمكن أن تدعم تحسين العلاج، لكن استخدامها السريري يتطلب مزيدًا من الاختبارات. ومن المتوقع ظهور معلومات إضافية عن هذا البحث في الأشهر المقبلة.

اكتشف مشاريع أخرى مثيرة في الطباعة ثلاثية الأبعاد الآن.