क्या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग स्वास्थ्य देखभाल निदान प्रौद्योगिकी को सुधार सकती है?

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग, जो कई उद्योगों में विविध अनुप्रयोगों के साथ है, उड़ान इंजन के ईंधन नोज़ल बनाने से लेकर गैस टरबाइन के बर्नर हेड की मरम्मत तक विस्तृत है। यह अपनी टिकाऊपन, हल्के वजन, ज्यामितीय अनुकूलन क्षमताओं और कम मरम्मत समय के साथ-साथ अन्य प्रतिस्पर्धी लाभों के लिए प्रसिद्ध है।

स्वास्थ्य देखभाल में, इसने एक महत्वपूर्ण उपस्थिति स्थापित की है। विशेष रूप से, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग या 3D प्रिंटिंग का इतिहास कई दशकों से चिकित्सा विज्ञान के साथ जुड़ा हुआ है।

लेकिन स्वास्थ्य देखभाल निदान प्रौद्योगिकी में एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग की संभावनाओं में गहराई से जाने से पहले, चलिए पहले एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का संक्षिप्त अवलोकन करते हैं। हम इसकी परिभाषा का पता लगाएंगे और चिकित्सा विज्ञान के विकास में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका को समझेंगे।

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग और इसका चिकित्सा विज्ञान में इतिहास

ASTM सोसाइटी, जिसे पहले अमेरिकन सोसाइटी फॉर टेस्टिंग एंड मैटेरियल्स के नाम से जाना जाता था, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग को इस प्रकार परिभाषित करती है: “एक प्रक्रिया जिसमें सामग्री को जोड़कर 3D मॉडल डेटा से वस्तुएँ बनाई जाती हैं, आमतौर पर परत दर परत, जबकि घटावात्मक (सबस्ट्रैक्टिव) मैन्युफैक्चरिंग पद्धतियों के विपरीत।”

चिकित्सा विज्ञान के क्षेत्र ने 1990 के दशक के अंत और 2000 के दशक की शुरुआत से 3D प्रिंटिंग का उपयोग किया है। इसने दंत इम्प्लांट और कस्टम प्रोस्थेटिक्स का उत्पादन करने में मदद की। ये ऐसे उत्पाद थे जिन्हें रोगी-विशिष्ट अनुकूलन की आवश्यकता थी और बड़े पैमाने पर उत्पादन नहीं किया जा सकता था। 3D प्रिंटिंग ने इन मानदंडों को पूरा किया।

3D प्रिंटिंग ने ऑर्थोपेडिक्स के क्षेत्र में भी मदद की, जिससे ऑर्थोपेडिक सर्जन ऐसी संरचना बना सके जो विशेष रूप से रोगी की शारीरिक विशेषताओं से मेल खाती और उनका अनुकरण करती थी। पहले, ऐसे रोगियों के पास ‘एक आकार सभी के लिए’ इम्प्लांट के अलावा कोई विकल्प नहीं था। इम्प्लांट और प्रोस्थेटिक्स से आगे, 3D प्रिंटिंग ने अगला कदम जैविक अनुकरणीय उपकरणों की दिशा में उठाया।

2000 के शुरुआती वर्षों में, बोस्टन चिल्ड्रन्स हॉस्पिटल की शोध टीम ने ‘स्कैफ़ोल्डिंग’ का उपयोग किया, जो कोलेजन और सिंथेटिक पॉलीमर से प्रतिस्थापन ब्लैडर को हाथ से बनाने की एक निर्माण विधि थी। हालांकि, यह विधि समय-साध्य थी और आसानी से दोहराई नहीं जा सकती थी। यह अंग निर्माण का एक महँगा तरीका भी था। अंततः, इस समस्या को हल करने के लिए एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग ने मंच संभाला।

वेक फॉरेस्ट इंस्टीट्यूट फॉर रीजेनरेटिव मेडिसिन के शोधकर्ताओं ने अंततः ऐसे मशीनें विकसित कीं जो क्लिनिकल ट्रायल्स के लिए लगातार अंग और टिश्यू प्रिंट कर सकें। इस प्रगति के बाद, ब्राज़ील के एक अन्य शोध समूह ने ऑर्गेनॉयड्स को सफलतापूर्वक बायोप्रिंट करके इस प्रगति को आगे बढ़ाया। ये ऑर्गेनॉयड्स मानव यकृत के सभी कार्य कर सकते थे, जिसमें प्रोटीन बनाना, विटामिन संग्रहीत करना और पित्त स्रावित करना शामिल है। हालांकि, ये छोटे यकृत अभी तक वास्तविक मानव यकृत के प्रत्यारोपण योग्य विकल्प के रूप में व्यवहार्य नहीं थे।

इस चरण में, जबकि एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग या 3D प्रिंटिंग ने अनुप्रयुक्त चिकित्सा विज्ञान के क्षेत्र में मूल्य पाया, इसका उपयोग मुख्यतः क्लिनिकल ट्रायल्स और प्रयोगशाला-आधारित परीक्षणों तक सीमित रहा।

स्वाभाविक रूप से, शामिल शोधकर्ताओं और चिकित्सकों ने स्वास्थ्य देखभाल निदान प्रौद्योगिकी को सुधारने में एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का उपयोग करने के बारे में सोचा, जो विश्व स्तर पर एक महत्वपूर्ण बाजार आकार रखती है।

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स्वास्थ्य देखभाल निदान प्रौद्योगिकी का वैश्विक बाजार

स्वास्थ्य देखभाल निदान प्रौद्योगिकी बाजार विस्तार मोड में रहा है। इस वृद्धि को डेलॉइट द्वारा किए गए हालिया शोध और सर्वेक्षण द्वारा रेखांकित किया गया है, जिसमें 2018 से 2022 के बीच विभिन्न उद्देश्यों के लिए निदान प्रौद्योगिकी का उपयोग करने वाले अमेरिकी स्वास्थ्य देखभाल उपभोक्ताओं की संख्या में उल्लेखनीय वृद्धि दिखाई गई।

विशेष रूप से, फिटनेस और स्वास्थ्य सुधार लक्ष्यों को मापने के लिए वेयरेबल्स, ऐप्स, डिजिटल असिस्टेंट और स्मार्ट डिवाइस का उपयोग करने वाले उपभोक्ताओं का प्रतिशत 2018 में 42% से बढ़कर 2022 में 49% हो गया। इसके अतिरिक्त, इन तकनीकों का उपयोग करके स्वास्थ्य समस्याओं की निगरानी करने वाले लोगों का अनुपात भी बढ़ा, जो 2018 में 27% से 2022 में 34% तक पहुंच गया।

केवल अपनाने की संख्या में वृद्धि नहीं हुई, बल्कि स्वास्थ्य देखभाल निदान प्रौद्योगिकी ने उपभोक्ताओं में संतुष्टि स्तर में भी उल्लेखनीय सुधार देखा है। इन उपकरणों का उपयोग करने वालों में से 78% ने अपने व्यवहार पर सकारात्मक प्रभाव को पहचाना। कुल मिलाकर, 85% उपभोक्ताओं ने अपने स्वास्थ्य और स्वास्थ्य जोखिमों का आकलन करने के लिए निदान परीक्षणों का उपयोग करने में आराम महसूस किया।

ग्राहक संतुष्टि स्तर में सुधार के परिणामस्वरूप स्वास्थ्य देखभाल निदान प्रौद्योगिकी में निवेशकों और उद्योग की रुचि पर सकारात्मक प्रभाव पड़ा है। 2021 की पहली छमाही में, निवेशकों ने 372 डिजिटल स्वास्थ्य देखभाल सौदों में लगभग US$15 बिलियन निवेश किए, जो एक दशक पहले की तुलना में काफी बढ़ोतरी है, जब सौदे 100 से कम और निवेश केवल US$1.1 बिलियन थे।

स्वास्थ्य देखभाल निदान प्रौद्योगिकी में इस सकारात्मक उद्योग रुचि को दोहराते हुए, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग अनुप्रयोगों के उपसेगमेंट ने भी उल्लेखनीय प्रगति देखी। इसका एक प्रमुख उदाहरण मैकगिल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा ऑन-द-स्पॉट 3D-प्रिंटेड परीक्षणों का विकास है।

लैब-ऑन-ए-चिप: स्वास्थ्य देखभाल निदान प्रौद्योगिकी में 3D-प्रिंटेड ब्रेकथ्रू

मैकगिल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक ‘लैब ऑन ए चिप’ निदान प्रौद्योगिकी का आविष्कार किया है जो खेल बदलने वाली हो सकती है। इस चिप को 30 मिनट के भीतर 3D प्रिंटिंग के माध्यम से बनाया जा सकता है।

प्रोफेसर डेविड जंकर, मैकगिल में बायोमेडिकल इंजीनियरिंग विभाग के चेयर और अध्ययन के वरिष्ठ लेखक, ने कहा कि यह प्रौद्योगिकी “व्यक्तियों, शोधकर्ताओं और उद्योगों को अधिक लागत-प्रभावी और उपयोगकर्ता-अनुकूल तरीके से नई संभावनाओं और अनुप्रयोगों का अन्वेषण करने में मदद करेगी।”

इस नवाचार के लागू रूप से स्वास्थ्य देखभाल पेशेवरों को इस क्षमता और दायरे से लैस करके निदान परीक्षण को स्केल अप और तेज़ करने में मदद मिल सकती है कि वे “देखभाल बिंदु पर ही विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित समाधान बना सकें।”

लैब-ऑन-ए-चिप कैसे काम करता है?

शोधकर्ताओं ने कैपिलरी चिप्स विकसित किए हैं जिनमें मिनिएचर प्रयोगशालाओं के रूप में कार्य करने की क्षमता है। कंप्यूटर माइक्रोप्रोसेसरों के विपरीत, ये कैपिलरी चिप्स एकबार उपयोग के लिए होते हैं और बाहरी पावर स्रोत के बिना काम करते हैं। यह प्रक्रिया एक सरल कागज़ की पट्टी द्वारा सुगम बनती है जो कैपिलरी क्रिया का उपयोग करती है, जैसे किचन टेबल पर कागज़ के तौलिये तरल को सोखते हैं।

इस विधि में, पारंपरिक निदान की तरह परिधीय उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती। इस विधि में उपयोग किए जाने वाले कैपिलरी चिप्स 3D-प्रिंटेबल हैं और विभिन्न परीक्षणों के लिए उपयोग किए जा सकते हैं, जिसमें COVID-19 एंटीबॉडी की मात्रा निर्धारण भी शामिल है।

लागत-प्रभावी रोग पहचान विधियों के लिए 3D प्रिंटिंग

MIT के शोधकर्ताओं ने सस्ते और सटीक रोग पहचान उपकरण बनाने के लिए एक और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग या 3D प्रिंटिंग-आधारित समाधान तैयार किया है। इस मामले में, शोधकर्ता 3D प्रिंटिंग का उपयोग करके सेल्फ-हीटिंग माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस बनाते हैं।

माइक्रोफ्लुइडिक्स का अर्थ है छोटे मशीनों का उपयोग जो तरल को नियंत्रित कर सकते हैं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं को सुगम बनाते हैं। यह प्रौद्योगिकी संभावित गेम-चेंजर मानी जाती है क्योंकि यह रक्त या तरल के छोटे नमूनों में रोगों का पता लगा सकती है।

माइक्रोफ्लुइडिक्स पहले से ही निदान क्षेत्र में उपयोग में है। हालांकि, इन्हें अक्सर जटिल और महंगी निर्माण प्रक्रिया की आवश्यकता होती है, जिसे स्केल अप करना कठिन होता है।

MIT टीम का समाधान मल्टी-मटेरियल 3D प्रिंटिंग का उपयोग करके सेल्फ-हीटिंग माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस बनाता है। इन डिवाइस में अंतर्निहित हीटिंग एलिमेंट होते हैं।

यह प्रक्रिया एकल और सस्ती निर्माण प्रक्रिया की मांग करती है। और यह प्रौद्योगिकी अत्यधिक अनुकूलन योग्य है, जहाँ कम लागत वाली निर्माण प्रक्रिया के लिए केवल लगभग US$2 के सामग्री की आवश्यकता होती है ताकि एक तुरंत उपयोगी माइक्रोफ्लुइडिक तैयार किया जा सके।

इस क्षेत्र में निरंतर चल रहे शोध के साथ, कई कंपनियों ने एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग को प्रयोगशालाओं की सीमा से परे ले जाकर बड़े पैमाने पर उपयोग योग्य बनाने का निर्णय लिया है। अब हम कुछ ऐसी कंपनियों और उनके समाधान पर नजर डालेंगे।

1. Allevi

Allevi, 3D टिश्यू इंजीनियरिंग, ऑर्गन-ऑन-चिप शोध, दवा परीक्षण, बायोमैटेरियल विकास और पुनर्जनन चिकित्सा में अपने बायोप्रिंटिंग समाधान के लिए जानी जाने वाली कंपनी, दावा करती है कि वह विश्वभर में सैकड़ों प्रयोगशालाओं की सेवा करती है। इसके अलावा, यह स्वास्थ्य देखभाल और निदान के क्षेत्र को सुदृढ़ करने वाले एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग उत्पादों की व्यापक श्रृंखला भी प्रदान करती है। इसके उत्पादों में बायोप्रिंटिंग सॉफ्टवेयर, बायोइंक, एडिटिव्स, कोशिकाएँ, रिएजेंट और उपभोग्य सामग्री शामिल हैं।

विशेष रूप से, Allevi कुछ सबसे तकनीकी रूप से उन्नत बायोप्रिंटर बनाती है। इसके Allevi 3 बायोप्रिंटर विशेष रूप से टिश्यू इंजीनियरिंग, सामग्री विज्ञान, पुनर्जनन चिकित्सा, रोग मॉडलिंग, 3D कल्चर, माइक्रोफिज़ियोलॉजिकल सिस्टम, दवा वितरण आदि जैसे विविध क्षेत्रों में शोध के लिए डिजाइन और अनुकूलित किए गए हैं। अतिरिक्त रूप से, कंपनी विभिन्न परियोजनाओं के लिए कस्टम बायोप्रिंट सेवाएँ प्रदान करती है, जिसमें सेल-फ्री स्कैफ़ोल्ड, ऑर्गन-ऑन-चिप, रक्तवाहिका प्रिंट और मल्टी-मटेरियल प्रिंट शामिल हैं।

Allevi अब 3D Systems Corporation (DDD ) (NYSE:DDD) का हिस्सा है। 2022 में, कंपनी ने रिपोर्ट किया कि पूर्ण-वर्षीय राजस्व $538,031,000 था, जो 2021 के राजस्व $615,639,000 की तुलना में 12.6% की गिरावट दर्शाता है। अतिरिक्त रूप से, इसने $122,711,000 का शुद्ध नुकसान दर्ज किया, जो 2022 के लिए प्रति शेयर $0.96 का पतला नुकसान और प्रति शेयर $0.23 का पतला गैर-GAAP नुकसान दर्शाता है।

2. EOS

EOS चिकित्सा प्रौद्योगिकी के लिए 3D प्रिंटिंग समाधान की विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है, जो कस्टमाइज़्ड और अनुकूलित उत्पादन मॉडल दोनों को पूरा करता है। ऑर्थोसिस और प्रोस्थेसिस के लिए कंपनी के औद्योगिक 3D प्रिंटिंग समाधान निर्माताओं को सख्त गुणवत्ता और प्रमाणन दिशानिर्देशों का पालन करने के साथ-साथ व्यक्तिगत डिजाइन स्वतंत्रता बनाए रखने और लागत प्रबंधन में सक्षम बनाते हैं।

डेंटल प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में, EOS की 3D प्रिंटिंग समाधान प्रयोगशालाओं और सेवा प्रदाताओं को लगातार उच्च-गुणवत्ता वाले उत्पाद प्रदान करने में मदद करती है। अतिरिक्त रूप से, EOS की 3D प्रिंटिंग तकनीक विभिन्न सतह संरचनाओं को बनाने में निपुण है। यह क्षमता विशेष रूप से ऑसियोइंटीग्रेशन जैसी प्रक्रियाओं के लिए लाभदायक है, जो जीवित हड्डी ऊतक और हड्डी इम्प्लांट की सतह के बीच एकीकरण को सुगम बनाती है। EOS की 3D प्रिंटिंग तकनीक प्रयोगशाला उपकरण और निदान इमेजिंग उपकरणों के घटकों को अनुकूलित करने में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

यह सेवा प्रदाताओं को टूल-फ्री उत्पादन के साथ लाभ देता है, जिससे असेंबली लागत कम होती है। समाधान लचीले डिजाइन और कार्यात्मक एकीकरण गुणों के साथ आते हैं। इसके अलावा, EOS की 3D प्रिंटिंग तकनीक विकास चक्रों को तेज़ करती है और बाजार में पहुँचने के समय को घटाती है।

Transworld Systems ने EOS को अधिग्रहित किया दिसंबर 2021 में एक अनिर्दिष्ट राशि के लिए, जो एक निजी कंपनी है जिसका मुख्यालय विलमिंगटन, डेलावेयर, संयुक्त राज्य में स्थित है।

3. GE Additive 

GE Additive उत्पाद-आधारित समाधान और 3D प्रिंटिंग मशीनों के साथ चिकित्सा विज्ञान के क्षेत्र में एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग को लागू करने में मदद करता है। इसके एसीटाब्युलर कप्स के लिए EBM प्रक्रिया पारंपरिक कोटिंग को 3-आयामी लैटिस संरचनाओं से बदलती है, जिससे प्रारंभिक फिक्सेशन में सुधार होता है और तेज़ फ्यूज़न और हड्डी के इन-ग्रोथ की अनुमति मिलती है।

इनकी लैटिस संरचनाओं को क्लिनिकली अनुकूलित 650 माइक्रॉन के छिद्र आकार के लिए डिजाइन किया गया है। GE एडिटिव्स ऑर्थोपेडिक उद्योग के लिए प्रमाणित, उच्च-प्रदर्शन पाउडर भी बनाते हैं, जिनमें उच्च गोलाकारता, कम छिद्रता, न्यूनतम सैटेलाइट सामग्री और वर्ग में सर्वश्रेष्ठ प्रवाहशीलता और पैकिंग घनत्व होता है।

GE एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग मशीनें भी प्रदान करता है। इसका Arcam EBM Q10 plus ऑर्थोपेडिक इम्प्लांट्स के क्रमिक उत्पादन के लिए अनुकूलित है। इसका Concept Laser M2 Series 5 निरंतरता बनाए रखने और बड़े पैमाने पर दोहराने योग्य, उच्च-गुणवत्ता वाले भागों का उत्पादन करने में मदद करता है। इसका Concept Laser Mlab उपकरण परिवार उच्च सतह गुणवत्ता वाले भागों के तेज़ और कुशल उत्पादन के लिए उपयुक्त है।

Q3 2023 के लिए, GE ने US$17.3 बिलियन का राजस्व रिपोर्ट किया।

स्वास्थ्य देखभाल निदान में एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का भविष्य

हम पहले ही विश्व भर के शीर्ष विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं को एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग नवाचारों पर काम करते देख चुके हैं। ये नवाचार निस्संदेह स्वास्थ्य देखभाल निदान को अधिक सुलभ, कम परिधीय और उपभोग्य-गहन, तेज़ और तैनात करने में आसान बनाएंगे। ऊपर उल्लेखित कंपनियों के अलावा, कई अन्य नवाचारी उद्यम स्वास्थ्य प्रौद्योगिकी और मेड-टेक में 3D प्रिंटिंग समाधान को स्केल अप करने की दिशा में काम कर रहे हैं।

उदाहरण के लिए, बेल्जियम स्थित 3D प्रिंटिंग फर्म Materialise शोधकर्ताओं और सर्जनों के लिए 3D प्रिंटिंग सॉफ्टवेयर, व्यक्तिगत सर्जिकल गाइड और अन्य पॉइंट-ऑफ़-केयर टूल्स प्रदान करती है। यह कस्टमाइज़ेबल ऑर्थोपेडिक समाधान भी बेचती है, जिसमें कंधा, एसीटाब्युलर हिप और क्रैनियो-मैक्सिलोफेशियल इम्प्लांट शामिल हैं।

मिनेसोटा स्थित Stratasys सर्जिकल प्लानिंग मॉडल, स्वास्थ्य देखभाल पेशेवरों के प्रशिक्षण और शिक्षा, मेडिकल डिवाइस प्रोटोटाइपिंग और डेंटल इम्प्लांट्स के लिए 3D प्रिंटिंग क्षमताएँ प्रदान करता है।

शोधकर्ताओं, वैज्ञानिक संस्थानों, चिकित्सकों, सर्जनों और निर्माण कंपनियों के बीच एक सहयोगी साझेदारी स्वास्थ्य देखभाल निदान के लाभ के लिए एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग या 3D प्रिंटिंग को और अधिक उपयोग करने में मदद करेगी।

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