Katmanlı Üretim Sağlık Tanı Teknolojisini Geliştirebilir mi?

Katmanlı üretim, çeşitli endüstrilerdeki geniş uygulama yelpazesiyle, uçak motorları için yakıt memeleri üretmekten gaz türbinleri için yanıcı başlıkları onarmaya kadar uzanır. Dayanıklılığı, hafifliği, geometrik optimizasyon yetenekleri ve azaltılmış onarım süresi gibi birçok rekabet avantajıyla tanınır.

Sağlık sektöründe önemli bir varlık oluşturmuştur. Özellikle, katmanlı üretimin ya da 3D baskının tarihi, onlarca yıldır tıp bilimleriyle iç içe geçmiştir.

Ancak sağlık tanı teknolojisinde katmanlı üretimin potansiyeline daha derinlemesine girmeden önce, katmanlı üretimin kısa bir genel bakışını yapalım. Tanımını inceleyecek ve tıp bilimlerinin evrimindeki kritik rolünü anlayacağız.

Katmanlı Üretim ve Tıp Bilimlerinde Tarihi

ASTM Society, daha önce American Society for Testing and Materials (ASTM) olarak bilinen kuruluş, katmanlı üretimi “malzemeleri birleştirerek 3D model verilerinden nesneler üreten, genellikle katman katman, çıkarıcı üretim metodolojilerine karşı bir süreç” olarak tanımlar.

Tıp bilimleri alanı, 1990’ların sonları ve 2000’lerin başlarından itibaren 3D baskıdan yararlanmaktadır. Diş implantları ve özelleştirilmiş protezlerin üretilmesine yardımcı olmuştur. Bu ürünler, hasta‑spesifik özelleştirme gerektirdiği ve büyük hacimlerde üretilemediği için 3D baskı bu kriterleri karşılamıştır.

3D baskı, ortopedi alanına da yardımcı oldu; ortopedi cerrahlarının hastanın fizyolojik özelliklerine tam olarak uyan ve taklit eden bir yapı oluşturmasını sağladı. Önceden, bu hastaların tek seçeneği ‘tek beden herkese uyar’ implantlarla yetinmekti. İmplant ve protezlerden sonraki adım, 3D baskının organik taklit cihazlarına yönelmesiydi.

2000’lerin başında, Boston Children’s Hospital araştırma ekibi, kolajen ve sentetik polimerden yedek mesane inşa etmeyi kolaylaştıran ‘iskeletleme’ adlı bir yapı yöntemini kullandı. Ancak bu yöntem zaman alıcı ve kolay tekrarlanabilir değildi. Ayrıca organ inşası için maliyetli bir yaklaşımdı. Sonunda, katmanlı üretim bu sorunu çözmek için sahneye çıktı.

Wake Forest Regenerative Medicine Enstitüsü araştırmacıları, klinik deneyler için organ ve doku basımını tutarlı bir şekilde yapabilen makineler geliştirdi. Bu ilerlemenin ardından, bir grup Brezilyalı araştırmacı organoidleri başarıyla biyobaskılayarak ilerlemeyi daha da ileri taşıdı. Bu organoidler, protein sentezi, vitamin depolama ve safra salgılama gibi insan karaciğerinin tüm fonksiyonlarını yerine getirebiliyordu. Ancak bu minyatür karaciğerler, gerçek insan karaciğerlerinin nakil yerine geçecek kadar yaşamsal değildi.

Bu noktada, katmanlı üretim ya da 3D baskı, uygulamalı tıp bilimleri alanında değer bulmaya devam ederken, uygulamaları büyük ölçüde klinik deneyler ve laboratuvar testleriyle sınırlı kaldı.

Doğal olarak, ilgili araştırmacı ve hekimlerin aklına, dünya çapında büyük bir pazar payına sahip olan sağlık tanı teknolojisini iyileştirmek için katmanlı üretimden yararlanmak geldi.

En iyi 3D biyobaskı hisselerinin listesi için buraya tıklayın.

Sağlık Tanı Teknolojisinin Küresel Pazarına Genel Bakış

Sağlık tanı teknolojisi pazarı genişleme aşamasındadır. Bu büyüme, Deloitte tarafından yürütülen son araştırma ve anket ile vurgulanmakta ve 2018’den 2022’ye kadar ABD sağlık tüketicilerinin tanı teknolojisini çeşitli amaçlarla kullanma oranının önemli ölçüde arttığını göstermektedir.

Özellikle, giyilebilir cihazlar, uygulamalar, dijital asistanlar ve akıllı cihazları fitness ve sağlık iyileştirme hedeflerini ölçmek için kullanan tüketicilerin oranı 2018’de %42 iken 2022’de %49’a yükselmiştir. Ayrıca, bu teknolojileri sağlık sorunlarını izlemek için kullanan kişilerin oranı da 2018’de %27 iken 2022’de %34’e çıkmıştır.

Benimsenme sayıları artarken, Sağlık Tanı Teknolojisi de tüketiciler arasında önemli ölçüde artan memnuniyet seviyeleri gördü. Bu cihazları kullananların %78’i davranışları üzerinde olumlu bir etki olduğunu belirtti. Genel olarak, tüketicilerin %85’i tanı testlerini sağlıklarını ve sağlık risklerini değerlendirmek için kullanmaktan rahat olduklarını ifade etti.

Müşteri memnuniyeti seviyelerindeki iyileşmenin sonucu, sağlık tanı teknolojisine yatırımcı ve sektör ilgisini olumlu yönde etkiledi. 2021’in ilk yarısında, yatırımcılar 372 dijital sağlık anlaşmasına yaklaşık 15 milyar ABD doları yatırdı; bu, bir on yıl önceki 100’ün altında anlaşma ve 1,1 milyar ABD doları yatırımın çok üzerindedir.

Bu olumlu sektör ilgisini yansıtan şekilde, katmanlı üretim uygulamaları alt segmenti de kayda değer ilerlemeler gördü. Bunun bir örneği, McGill Üniversitesi araştırmacılarının yerinde 3D‑baskılı testler geliştirmesidir.

Lab-on-a-Chip: Sağlık Tanı Teknolojisinde 3D Baskılı Bir Atılım

McGill Üniversitesi araştırmacıları, oyunu değiştirebilecek bir ‘çip üzerindeki laboratuvar’ tanı teknolojisi icat etti. Çip, 30 dakika içinde 3D baskı ile üretilebiliyor.

McGill’de Biyomedikal Mühendislik Bölümü Başkanı ve çalışmanın kıdemli yazarı Profesör David Juncker, teknolojinin “bireylerin, araştırmacıların ve endüstrilerin yeni olasılıkları ve uygulamaları daha maliyet‑etkin ve kullanıcı‑dostu bir şekilde keşfetmelerine” yardımcı olacağını söyledi.

Uygulamalı formundaki yenilik, tanı testlerini ölçeklendirmeye ve hızlandırmaya yardımcı olarak sağlık profesyonellerine ‘bakım noktasında’ belirli ihtiyaçlar için özelleştirilmiş çözümler oluşturma yeteneği ve kapsamı sağlayabilir.

Lab-on-a-Chip Nasıl Çalışır?

Araştırmacılar, mini laboratuvar işlevi görebilecek kapiler çipler geliştirdi. Bilgisayar mikroişlemcilerinin aksine, bu kapiler çipler tek kullanımlıktır ve harici bir güç kaynağına ihtiyaç duymaz. Süreç, mutfak masasında kağıt havluların sıvı dökülmelerini emmesi gibi, kapiler eylem kullanan basit bir kağıt şeridiyle kolaylaştırılır.

Bu yöntemde, geleneksel tanıların aksine çevre birimlerine ihtiyaç yoktur. Bu yöntemde kullanılan kapiler çipler 3D‑baskı yapılabilir ve COVID‑19 antikor ölçümü dahil olmak üzere çeşitli testlerde kullanılabilir.

Maliyet‑Etkili Hastalık Tespiti Yöntemleri İçin 3D Baskı

MIT araştırmacıları, ucuz ve doğru hastalık tespit araçları oluşturmak için bir başka katmanlı üretim ya da 3D baskı odaklı çözüm geliştirdi. Bu araştırmacılar, 3D baskıyı kullanarak kendi kendini ısıtan mikroakışkan cihazlar üretmektedir.

Mikroakışkan, sıvıları manipüle edebilen ve kimyasal reaksiyonları kolaylaştırabilen minyatür makinelerin kullanımını ifade eder. Bu teknoloji, kan ya da diğer sıvı örneklerinde hastalıkları tespit edebileceği için potansiyel bir oyun değiştirici olarak görülmektedir.

Mikroakışkan, tanı alanında zaten kullanılmaktadır. Ancak, genellikle karmaşık ve maliyetli bir üretim süreci gerektirir ve ölçeklendirilmesi zordur.

MIT ekibinin çözümü, çoklu malzeme 3D baskıyı kullanarak kendi kendini ısıtan mikroakışkan cihazlar üretir. Bu cihazlar yerleşik ısıtma elemanlarına sahiptir.

Bu süreç, tek ve düşük maliyetli bir üretim süreci gerektirir. Teknoloji, düşük maliyetli üretim süreci sayesinde yalnızca yaklaşık 2 ABD doları değerinde malzeme kullanarak yüksek derecede özelleştirilebilir ve kullanılabilir bir mikroakışkan elde eder.

Bu alanda devam eden araştırmalarla birlikte, birçok şirket katmanlı üretimi laboratuvarların ötesine taşıyarak büyük ölçekli kullanım için kullanılabilir hâle getirmeye karar verdi. Şimdi bu şirketlere ve çözümlerine bir göz atalım.

1. Allevi

Allevi, 3D doku mühendisliği, organ‑on‑chip araştırmaları, ilaç testi, biyomalzeme geliştirme ve rejeneratif tıp alanında biyobaskı çözümleriyle tanınan bir şirkettir ve dünya çapında yüzlerce laboratuvara hizmet verdiğini iddia etmektedir. Bunun yanı sıra, sağlık ve tanı alanını geliştiren kapsamlı bir katmanlı üretim ürün yelpazesi de sunmaktadır. Ürün yelpazesi biyobaskı yazılımı, biyomürekkepler, katkı maddeleri, hücreler, reaktifler ve sarf malzemelerini içerir.

Özellikle, Allevi en teknolojik açıdan gelişmiş biyobaskı makinelerinden bazılarını üretmektedir. Allevi 3 biyobaskı makineleri, doku mühendisliği, malzeme bilimi, rejeneratif tıp, hastalık modellemesi, 3D kültür, mikrofizyolojik sistemler, ilaç dağıtımı ve daha birçok alanda araştırma için özel olarak tasarlanmış ve optimize edilmiştir. Ayrıca şirket, hücresiz iskeleler, organ‑on‑chip, vasküler baskılar ve çoklu malzeme baskılar gibi çeşitli projeler için özelleştirilmiş biyobaskılar gibi hizmetler de sunmaktadır.

Allevi, şu anda 3D Systems Corporation (DDD ) (NYSE:DDD) bir parçasıdır. 2022 yılında şirket, tam yıl geliri 538.031.000 ABD doları olarak rapor etti; bu, 2021 geliri 615.639.000 ABD doları olan yıldan %12,6 azalmayı gösteriyor. Ayrıca, net zararı 122.711.000 ABD doları olarak kaydetti; bu, hisse başına seyreltilmiş zararın 0,96 ABD doları ve 2022 yılı için seyreltilmiş GAAP dışı zararın 0,23 ABD doları olduğu anlamına geliyor.

2. EOS

EOS, tıbbi teknoloji için geniş bir 3D baskı çözüm yelpazesi sunar; hem özelleştirilmiş hem de optimize edilmiş üretim paradigmalarına hizmet eder. Şirketin ortopedik ve protez uygulamaları için endüstriyel 3D baskı çözümleri, üreticilerin sıkı kalite ve sertifikasyon yönergelerine uymalarını sağlarken, bireysel tasarım özgürlüğünü korur ve maliyetleri yönetir.

Diş teknolojisi alanında, EOS’un 3D baskı çözümleri laboratuvarlar ve hizmet sağlayıcıların sürekli yüksek kalite ürünler sunmasına yardımcı olur. Ayrıca EOS 3D baskı teknolojisi, çeşitli yüzey yapılarını oluşturma yeteneğine sahiptir. Bu yetenek, özellikle osseointegrasyon gibi süreçlerde faydalıdır; canlı kemik dokusu ile kemik implantlarının yüzeyi arasındaki entegrasyonu kolaylaştırır. EOS’un 3D baskı teknolojisi, laboratuvar ekipmanları ve tanı görüntüleme cihazları için bileşenlerin optimize edilmesinde de kritik bir rol oynar.

Hizmet sağlayıcılar, montaj maliyetlerini azaltan alet‑gerektirmeyen üretimden fayda sağlar. Çözümler, esnek tasarım ve fonksiyonel entegrasyon özelliklerine sahiptir. Ayrıca EOS 3D baskı teknolojisi, geliştirme döngülerini hızlandırır ve pazara çıkış süresini kısaltır.

Transworld Systems, EOS’u satın aldı for an undisclosed amount in Aralık 2021, which is a privately-held company headquartered out of Wilmington, Delaware, United States.

3. GE Additive 

GE Additive, tıp bilimleri alanında katmanlı üretimin uygulanmasını ürün temelli çözümler ve 3D baskı makineleriyle destekler. EBM (Elektron Işını Füzyon) süreci, asetabüler kupalar için geleneksel kaplamaları 3 boyutlu kafes yapılarıyla değiştirerek ilk tutturmayı iyileştirir ve daha hızlı füzyon ve kemik büyümesini sağlar.

Kafes yapıları, klinik olarak optimize edilmiş 650 mikron gözenek boyutu için tasarlanmıştır. GE katkı maddeleri, ortopedi endüstrisi için yüksek sferiklik, düşük gözeneklilik, minimum uydu içeriği ve sınıfının en iyisi akışkanlık ve paket yoğunluğu sağlayan sertifikalı, yüksek performanslı tozlar üretir.

GE ayrıca katmanlı üretim makineleri temin eder. Arcam EBM Q10 plus, ortopedik implantların seri üretimi için optimize edilmiştir. Concept Laser M2 Series 5, tutarlılığı korumaya ve ölçekli yüksek kalite parçalar üretmeye yardımcı olur. Concept Laser Mlab serisi cihazları, yüksek yüzey kalitesine sahip parçaların hızlı ve verimli üretimi için uygundur.

2023 üçüncü çeyrek için GE, 17,3 milyar ABD doları gelir bildirdi.

Katmanlı Üretimin Sağlık Tanılarındaki Geleceği

Dünyanın önde gelen üniversitelerinden araştırmacıların katmanlı üretim yenilikleri üzerinde çalıştığını zaten gördük. Bu yenilikler, sağlık tanılarını daha erişilebilir, daha az yan ürün ve sarf malzemesi gerektiren, hızlı ve kolay dağıtılabilir hâle getirecek. Yukarıda bahsedilen şirketlerin yanı sıra, 3D baskı çözümlerini sağlık teknolojisi ve med‑tech alanında ölçeklendirmek için çalışan birçok başka yenilikçi girişim de var.

Örneğin, Belçika merkezli 3D baskı firması Materialise, araştırmacılar ve cerrahlar için 3D baskı yazılımı, kişiselleştirilmiş cerrahi kılavuzlar ve diğer bakım‑noktasında araçlar sunar. Ayrıca omuz, asetabüler kalça ve kranio‑maksillofasiyal implantlar dahil olmak üzere özelleştirilebilir ortopedi çözümleri satmaktadır.

Minnesota merkezli Stratasys, cerrahi planlama modelleri, sağlık profesyonellerinin eğitimi ve öğretimi, tıbbi cihaz prototiplemesi ve diş implantları için 3D baskı yetenekleri sunar.

Araştırmacılar, bilimsel kurumlar, hekimler, cerrahlar ve üretim şirketleri arasında sinerjik bir iş birliği, katmanlı üretim ya da 3D baskıyı sağlık tanıları için daha da faydalı hâle getirecektir.

İzlenmesi gereken en iyi on katmanlı üretim ve 3D baskı hissesinin listesi için buraya tıklayın.