3D baskı sağlık hizmetlerinde tanıyı geliştirebilir mi?

Katmanlı üretim, uçak motorlarının yakıt memelerinden türbin parçalarına kadar birçok alanda kullanılır. Hafif ve karmaşık yapılar üretmeye ve onarıma yardımcı olabilir. Dayanıklılık, maliyet ve süre avantajları malzemeye ve üretim sürecine bağlıdır.

Sağlık alanında katmanlı üretimin, yani 3D baskının kullanımı da onlarca yıl öncesine uzanır.

Tanı uygulamalarını değerlendirirken, kullanımda olan tıbbi cihazlarla geliştirme aşamasındaki canlı dokuları ve test sistemlerini ayırmak gerekir.

Tıpta katmanlı üretim

ASTM International, katmanlı üretimi üç boyutlu model verilerinden, genellikle katmanlar hâlinde malzeme birleştirerek nesne oluşturma süreci olarak tanımlar. Bu yöntem, talaşlı imalat gibi malzeme kaldıran yöntemlerden farklıdır.

3D baskı diş hekimliğinde, protezlerde ve hastaya özel çözümlerde kullanılır. Hem kişiye özel ürünler hem de belirli seri üretim uygulamaları mümkündür. Bu ürünlerin tümünün diğer yöntemlerle üretilemez olduğu söylenemez.

Ortopedide görüntüleme verileri hastanın anatomisine uygun biçimler tasarlamaya yardımcı olur. Standart implantlar ve başka uyarlama yöntemleri de daha önce mevcuttu; hastaların tek seçeneği herkese aynı implant değildi. Canlı doku üretimi ise ayrı bir araştırma alanıdır.

Mesane doku mühendisliğinin erken çalışmalarında kollajen ve sentetik polimerlerden destek yapıları hazırlanıp hastanın kendi hücreleriyle kaplandı. Boston ekibinin ilk hasta uygulamaları 1999 yılında yapıldı, sonuçlar 2006 yılında yayımlandı. Elle hazırlanan hücreli bir destek yapısı, bütünüyle 3D biyobaskıyla üretilmiş bir organ değildir.

Wake Forest ekibinin ITOP çalışması, hayvanlarda incelenen kulak, kemik ve kas yapıları gösterdi; insanlara rutin olarak tam organ basıldığını göstermedi. Brezilyalı araştırmacılar laboratuvarda bazı karaciğer işlevleri sergileyen karaciğer organoidleri üretti. Bunlar insan karaciğerinin yerini alabilecek tam organ nakilleri değildi.

Tıbbi 3D baskı, canlı organ baskısıyla karıştırılmamalıdır. İmplantlar, cerrahi kılavuzlar ve dış protezler ticari kullanımdadır. Nakle uygun tam canlı organların üretimi ise araştırma aşamasındadır.

Tanıda küçük sıvı kanalları ve hasta başında kullanılabilecek analiz sistemleri araştırılır. Bir cihazın 3D basılması, testin doğruluğunu veya klinik kullanıma hazır olduğunu tek başına kanıtlamaz.

3D biyobaskıyla ilgili hisseler listesine göz atın.

Dijital sağlık araçları ve tanı

2023 tarihli makale, Deloitte tarafından yayımlanan bir araştırma ve ankete dayanıyordu. Bu tür anketler ABD katılımcılarının kullanımını ve tutumlarını yansıtır; tek başına küresel tanı pazarını veya 3D baskının payını ölçmez. Deloitte analizinde 2022 anketine katılan 4.545 ABD yetişkininin %49’unun egzersiz ve sağlık gelişimini izlemek için giyilebilir veya diğer akıllı cihazları kullandığı, bu oranın 2015 yılında %28 olduğu belirtildi. Farklı kullanım amaçlarına ilişkin oranlar, sanal hekim ziyaretleri veya tanı testleriyle karıştırılmamalıdır.

Katılımcıların bildirdiği olumlu davranış değişikliği, daha iyi klinik sonuçların veya ölçüm doğruluğunun kanıtı değildir. Analizdeki %85 oranı, sağlık risklerini değerlendirmek için genetik test kullanmaya açıklığı ifade ediyordu; tüm tanı testlerine genel onay anlamına gelmiyordu.

2021’in ilk yarısındaki yaklaşık 15 milyar dolarlık 372 finansman işlemi, yalnızca tanı veya 3D baskıyı değil, geniş dijital sağlık sektörünü kapsıyordu. Karşılaştırılan 1,1 milyar dolar ise daha önceki tam bir yıla aitti. Anket, müşteri memnuniyetinin yatırım artışına neden olduğunu göstermiyor.

McGill University araştırmacılarının 3D basılabilir kapiler çipleri, bu alandaki somut araştırma örneklerinden biridir.

Çip üzerinde laboratuvar

McGill, Kasım 2023’te yaklaşık 30 dakikada basılabilen bir kapiler çip sundu. Bu süre üretim içindir; numunenin hazırlanması ve tanı sonucunun alınması dâhil bütün süreci ifade etmez. Hasta başında test yapılması gelecekteki olası uygulamalardan biriydi.

Çalışmanın kıdemli yazarı ve McGill Biyomedikal Mühendisliği Bölüm Başkanı David Juncker, test sistemlerinin daha düşük maliyetle ve daha kolay geliştirilebileceğini düşünüyordu.

Amaç, sağlık çalışanlarının zamanla hasta yakınında belirli ihtiyaçlara uygun sistemler hazırlayabilmesiydi. Gerekli test malzemeleri, performansın doğrulanması ve düzenleyici onaylar hâlâ aşılması gereken konulardı.

Kapiler çip nasıl çalışır?

Tek kullanımlık çip küçük sıvı hacimlerini kılcallık etkisiyle yönlendirir. Bir kâğıt şerit, dökülen sıvıyı emen kâğıt havlu gibi sıvıyı sistemden çeker. Sıvının taşınması için harici pompa gerekmez. Bu, baskının ve bütün okuma yöntemlerinin elektriksiz olduğu anlamına gelmez.

Araştırmacılar SARS-CoV-2’ye karşı antikorların miktarını ölçmeyi de gösterdi. Bu, virüsün doğrudan saptanması veya aktif COVID-19 enfeksiyonu tanısı değildir. Bazı çevre birimleri ortadan kalkabilse de reaktif ve okuma cihazı gereksinimi yapılan teste bağlıdır.

Mikroakışkan cihazlarda basılı ısıtıcılar

MIT araştırmacıları, mikroakışkan cihazların içine ısıtıcı yerleştirmek için başka bir 3D baskı çözümü geliştirdi. Bu bir araştırma çalışmasıydı; bütün hastalıkları saptayabilen, onaylanmış hazır bir test değildi.

Mikroakışkan teknolojisi, küçük sıvı hacimlerini kanallarda yönetir. Kimyasal tepkimeler ve ölçümler için, örneğin kan veya diğer numunelerle yapılan tanı çalışmalarında kullanılabilir.

Bazı mikroakışkan işlemler hassas sıcaklık kontrolü gerektirir. Geleneksel üretim ve ayrı ısıtıcılar maliyetli olabilir; gereksinimler ve maliyetler uygulamaya göre değişir.

MIT ekibi sıvı kanallarını PLA’dan, elektrikli ısıtıcıyı ise bakır parçacıkları katılmış PLA’dan aynı üretim adımında bastı. Isı elektrik akımıyla oluşur. Kendi kendini ısıtma, cihazın enerji kaynağına ihtiyaç duymadığı anlamına gelmez.

Yaklaşık iki dolarlık tahmin yalnızca malzemeler içindi; yazıcıyı, işçiliği, elektriği, reaktifleri veya hasta testinin tüm maliyetini kapsamıyordu. Prototip sıvı sıcaklığını yaklaşık dört derece artırdı. PLA’nın yaklaşık 50 °C sınırı ve bütünleşik sıcaklık sensörünün bulunmaması kullanımı kısıtlıyordu. PCR’ın birçok aşaması yaklaşık 90 °C gerektirdiği için daha fazla geliştirme gerekiyordu.

Aşağıdaki şirketler cihaz, malzeme veya yazılım sağlar. Bütün ürünleri tanı testi değildir; araştırma için kullanımları da kendiliğinden klinik onay anlamına gelmez.

1. Allevi

Allevi; doku mühendisliği, hastalık modelleri, ilaçlar, biyomalzemeler ve rejeneratif tıp araştırmaları için biyobaskı çözümleri sunar. Ürünleri arasında yazılım, biyomürekkep, hücreler, reaktifler ve sarf malzemeleri bulunur. Organ-on-a-chip, belirli organ işlevlerini modelleyen bir sistemdir; nakle uygun tam bir organ değildir.

Allevi 3; malzeme araştırması, üç boyutlu hücre kültürü, doku modelleri ve ilaç taşıma gibi çalışmalar için tasarlanmıştır. Özel baskılar, hücresiz destek yapıları, damar benzeri yapılar ve birden fazla malzemeden oluşan yapılar içerebilir.

Allevi, 3D Systems Corporation (DDD ) bünyesindedir. Ana şirketin 2022 yılı sonuçlarında geliri 538,031 milyon dolar olarak açıklandı; bu, 2021’deki 615,639 milyon dolara göre %12,6 düşüş demekti. Net zarar 122,711 milyon dolar, seyreltilmiş hisse başına zarar 0,96 dolar, düzeltilmiş GAAP dışı zarar ise hisse başına 0,23 dolardı. Bunlar yalnızca Allevi’nin değil, ana şirketin tarihsel yıllık sonuçlarıdır.

2. EOS

EOS GmbH metal ve plastikler için endüstriyel 3D baskı sistemleri sağlar. Ortez, protez ve diğer tıbbi parça üreticileri tasarım esnekliğinden yararlanabilir; ancak malzeme, kalite ve gerekli onayları belirli kullanım için belgelemelidir.

Diş hekimliği ve ortopedide karmaşık yüzeyler üretilebilir. Osseointegrasyon, kemik dokusunun implant yüzeyine bağlanmasıdır. Basılı bir yapı bunu destekleyebilir; yine de her ürünün klinik olarak değerlendirilmesi gerekir. Yöntem laboratuvar ve görüntüleme cihazlarının parçalarında da kullanılır.

Katmanlı üretim, özel kalıp ihtiyacını azaltabilir ve birden fazla işlevi aynı parçada birleştirebilir. Bütün takımlar ve son işlemler ortadan kalkmaz; daha düşük maliyet veya daha kısa geliştirme süresi otomatik sonuç değildir.

Özgün şirket profili bağlantısı farklı EOS şirketlerini birbirine karıştırıyordu. EOS GmbH, Almanya’nın Krailling kentinde bulunan, aileye ait bir 3D baskı şirketidir. Transworld Systems’ın Aralık 2021’de satın aldığı EOS North America ise alacak yönetimi ve tahsilat alanında faaliyet gösteriyordu; bu 3D yazıcı üreticisi değildi.

3. GE Additive 

GE Additive, Nisan 2024’te GE Aerospace bünyesinde Colibrium Additive adını aldı. Elektron ışınıyla ergitme, EBM, kalça yuvasına yerleştirilen asetabüler kaplar için gözenekli kafesler oluşturabilir. Bu yapılar mekanik tutunmayı ve kemik gelişimini destekleyebilir; her hastada daha hızlı iyileşmeyi garanti etmez.

Eski ürün açıklamasındaki 650 mikrometrelik gözenek boyutu belirli bir tasarıma aitti; bütün implantlar için genel ölçüt değildi. Tozun küreselliği, gözenekliliği, akış özellikleri ve büyük tanelere yapışmış küçük parçacıklar üretimi etkiler.

Şirket ayrıca katmanlı üretim makineleri sağlar. Q10plus ortopedik implantlarda kullanılır; M2 Series 5 ve Mlab ise diğer metal parça sistemleridir. Arcam EBM ve Concept Laser eski marka adlarıydı; marka kullanımı 2024’te değiştirildi.

2023’ün üçüncü çeyreğinde o dönemdeki GE grubu 17,3 milyar ABD doları gelir açıkladı. Bu, Colibrium Additive’in veya GE HealthCare’in ayrı geliri değil, o çeyreğin tarihsel grup rakamıydı. Geçerli GE grafiği bugünkü halka açık şirkete aittir; farklı dönemlerin şirket yapıları birbirinden ayrılmalıdır.

Sağlık tanısında katmanlı üretimin geleceği

3D baskı bazı tanı cihazlarının üretimini daha esnek hâle getirebilir. Bir prototip tek başına daha hızlı, daha ucuz ve daha erişilebilir testleri garanti etmez. Güvenilirlik, malzemeler, okuma yöntemi, onaylar ve üretim zinciri önem taşır.

Belçikalı Materialise yazılım, hastaya özel cerrahi kılavuzlar ve omuz, kalça yuvası, kafatası, çene ve yüz için implant çözümleri sunar.

Bir diğer şirket olan Stratasys ameliyat planlama ve eğitim modelleri, tıbbi cihaz prototipleri, diş modelleri ve implant yerleştirmeye yönelik cerrahi kılavuzlar sağlar. Bir model veya delme kılavuzu, vücuda yerleştirilen implantın kendisi değildir.

Araştırmacıların, sağlık çalışanlarının ve üreticilerin iş birliği, uygun yöntemlerin araştırmadan uygulamaya geçmesine yardımcı olabilir. Teknik ve klinik olgunluk her ürün için ayrı değerlendirilmelidir.

Katmanlı üretim ve 3D baskıyla ilgili hisseler listesine göz atın.