دیابت بیش از 530 میلیون بزرگسال در سراسر جهان را تحت تاثیر قرار می دهد و دستگاه های مورد استفاده برای مدیریت آن به سرعت تکامل یافته اند، با این حال، برای تمام پیچیدگی آنها، پمپ های انسولین، مانیتورهای گلوکز مداوم (CGMs)، و سایر ابزارها هنوز از یک طراحی شده اند و دستگاه های درمانی منحصر به فرد پیروی می کنند که محدودیت های استاندارد را ایجاد می کند. مسکن ممکن است به طور غیر قابل توجهی در برابر پوست AGM فشار بگذارد.

این تکنولوژی در حال حاضر فراتر از مراحل اولیه بیمارستان ها، آزمایشگاه های تحقیقاتی و تولید کنندگان دستگاه از چاپ 3D برای ایجاد سیستم عامل های تحویل انسولین سفارشی، مسکن سنسور، دستگاه های ایمپلنت و حتی بافت های بیوتکنولوژی شده حرکت کرده است، این مقاله وضعیت فعلی چاپ 3D در سفارشی سازی دستگاه، مزایای بالینی آن را ارائه می دهد، تنظیم و چالش های مواد که باقی مانده است و در آن زمینه بیش از 10 سال آینده است.

چرا یک-Size-Fits-All Falls Short در مراقبت از دیابت

دیابت یک وضعیت بسیار فردی است.هیچ دو بیمار حساسیت انسولین، الگوهای فعالیت، برنامه های غذایی یا شکل بدن را به اشتراک نمی گذارند، با این حال دستگاه هایی که به آنها اعتماد می کنند برای متناسب با جمعیت متوسط تولید می شوند، این امر مشکلات قابل پیش بینی ایجاد می کند.یک کانولا ممکن است در زاویه ای قرار بگیرد که باعث تحریک یک زخم فیبروس یا خم شدن در برابر یک پوست طبیعی شود. AGM ممکن است در طول زمان برش زدن با یک کودک کوچک تر از حد استفاده از یک دستگاه برشی که باعث می شود، حتی یک دستگاه برش جزئی از یک فرد بالغ باشد.

فراتر از راحتی، عواقب بالینی وجود دارد.دستگاه های ضعیف می توانند منجر به تحویل انسولین متناقض، جابجایی سنسور یا تحریک پوست شوند.این مسائل به کنترل گلیسمیک زیر بهینه و نرخ بالاتر رها کردن دستگاه با توجه به تحقیق منتشر شده در Diabets مراقبت [F:2] ، مشکلات مربوط به دستگاه و مشکلات مربوط به درمان به درمان به درمان به طور مستقیم از بیماران استفاده می کنند.

چاپ سه بعدی مشکل مناسب را با ایجاد قطعاتی که با آناتومی خاص بیمار مطابقت دارد، حل می کند.یک اسکن از سایت بدن، چه شکم، ران یا بازوی بالا، یک نقشه دیجیتال را تولید می کند. نرم افزار ترجمه می کند که به یک فایل قابل چاپ می پردازد. سپس چاپگر در لایه های دقیق برای تشکیل یک مسکن دستگاه، سنسور، یا ایمپلنت که مطابق با شکل فردی است، یک دستگاه درمانی ثابت می ماند و احساس می کند که مواد را در دستگاه درمانی طبیعی است.

چگونه چاپ 3D در یک زمینه پزشکی کار می کند

چاپ سه بعدی پزشکی از چندین فرایند متمایز استفاده می کند، هر کدام به برنامه های مختلف مناسب است.تضمیناسیون (FDM) رشته های تروپلاستی را پاک می کند و معمولا برای نمونه سازی و غیر دارویی که اغلب برای ساخت چاپگرهای فلزی پیشرفته استفاده می شود، از لیزر برای درمان رزین های پیشرفته استفاده می کند.

انتخاب مواد حیاتی است. برای دستگاه های خارجی مانند مسکن پمپ و سنسور، پلی کربنات پزشکی، سیلیکون و پلی تکنیک تروپلاستی رایج است.این مواد باید با توجه به استانداردهای ISO 10993 سازگار باشند، استریل قابل توجه بدون تخریب، و پایدار تحت تماس مداوم پوست، مواد مانند پلی فیزیوتر کتن (EK)، تیتانیوم، و پلیمر طولانی مدت باید از ثبات مواد برای هر ماده و دقیق استفاده کنند.

جریان کار دیجیتال با تصویربرداری بیمار آغاز می شود. CT یا اسکن MRI مرجع آناتومی را فراهم می کند. نرم افزار اسکن را به یک مدل 3D تبدیل می کند، که سپس دستکاری می شود تا هندسه دستگاه را ایجاد کند، هنگامی که طراحی نهایی شود، نرم افزار برشی می تواند دستورالعمل های چاپ را تولید کند. پرینتر اجزای ساده را ایجاد می کند و مراحل پردازش پس از پردازش مانند استریل کردن، تمیز کردن، و بررسی کیفیت برای استفاده از زمان کوتاه مدت، می تواند به عنوان قطعات ساده باشد.

برنامه های فعلی در سفارشی سازی دستگاه دیابت

کیسه های سفارشی و Infusion Sets

پمپ های انسولین به طور مداوم، اغلب برای سال ها استفاده می شوند. مسکن که شامل مکانیسم پمپ و تنظیم تزریق است که انسولین را به بافت زیر پوستی می رساند، هر دو از سفارشی سازی بهره مند می شوند. مسکن که متناسب با انحنای شکم یا ران است، نقاط فشار را کاهش می دهد و اجازه می دهد دستگاه به طور طبیعی با بدن حرکت کند.این به ویژه برای بیماران فعال، کودکان و افراد با وزن کم، که در آن احساس ناراحتی یا ناراحتی آپارتمانی دارند.

مجموعه های تزریق، که شامل یک کانولا است که در بافت قرار دارد، می تواند با زاویه های سفارشی و طول بر اساس ضخامت پوست بیمار و محل قرار دادن چاپ شود. کودک ممکن است به یک زاویه کوتاه تر و حاد تر نیاز داشته باشد.یک بزرگسال با بافت زخم فیبروکیتیک ممکن است نیاز به یک کانولا طولانی یا یک مسیر دیگر در محققان مسیر ورودی داشته باشد.

آلبوم موسیقی متن فیلم The Quiet Glucose Monitor Mounts and Covers

مانیتورهای گلوکز مداوم به یک سیم سنسور کوچک که در زیر پوست قرار گرفته اند، در محل توسط پچ چسب و فرستنده ای که در بالای آن قرار دارد، بستگی دارد، و پچ چسب یک مستطیل استاندارد یا دایره برای بسیاری از بیماران است، چسب قادر به نگه داشتن سنسور در محل برای دوره کامل سایش، به ویژه در آب و هوا گرم یا ورزش است.

برای بیماران متخصص اطفال، توانایی سفارشی کردن قرار دادن سنسور به ویژه مفید است. کودکان دارای مناطق پوستی کوچکتر و پروتزهای مختلف بافت هستند. یک کوه سفارشی می تواند سنسور را در بازوی بالا یا لگن در مکانی قرار دهد که در طول بازی و خواب از راه خارج می شود، بهبود پایبندی و تداوم داده ها. والدین گزارش می دهند سنسور های از دست رفته و شکاف های کمتری در داده های گلوکز هنگام استفاده از سیستم های نصب سفارشی.

دستگاه های ایمپلنت و سیستم های انضمام

فراتر از دستگاه های خارجی، چاپ سه بعدی امکان پذیر کردن فن آوری های ایمپلنت شده برای دیابت را فراهم می کند.[۱] یک منطقه از تحقیقات فعال، ایمپلنت های پانکراس زیستی را که حاوی سلول های بتا تولید کننده انسولین هستند، مهندسی می کند.[۳] داربست سه بعدی که از پلیمر های سازگار با bioLT پشتیبانی ساختاری و محافظت از سلول های ایمنی را برای سلول ها فراهم می کند.

یکی دیگر از کاربردهای قابل کاشت، دستگاه تحویل انسولین پاسخگو به گلوکز است. محققان آرایه های میکرونیدول را چاپ کرده اند که انسولین را در پاسخ به سطح گلوکز بالا آزاد می کنند. میکرونیدلس به طور جداگانه در ترکیب و هندسه خود کالیبره می شوند تا مشخصات انتشار مطلوب برای بیمار را تولید کنند.این روش با هدف ایجاد یک سیستم حلقه بسته است که نیازی به پمپ خارجی یا فرستنده CGM ندارد، کاهش بار مدیریت دستگاه.

پمپ های پچ انسولین و پلتفرم های قابل حمل

پمپ های پچ، که به طور مستقیم به پوست پایبند هستند و انسولین را از طریق یک کانولا کوتاه تحویل می دهند، در حال حاضر کوچکتر از پمپ های سنتی هستند. چاپ سه بعدی آنها را حتی قابل انطباق تر می کند.یک پمپ پچ می تواند با یک پایه منحنی طراحی شده باشد که به دنبال دیواره شکم بیمار، یک آنتی بادی که اجازه می دهد گردش هوا برای کاهش مک آپریل، و شکل های مختلف رضایت از طریق انسولین، بهبود یافته است.

پیشرفته Bioprinting برای جایگزینی بافت Pancreatic

Bioprinting نشان دهنده مرز چاپ 3D برای دیابت است.این تکنیک از یک چاپگر برای رسوب سلول های زنده استفاده می کند، به طور معمول سلول های بتای پانکراس یا سلول های بتا مشتق شده سلول های سلول های بنیادی مشتق شده سلول ها، که هدف ایجاد یک بافت عملکردی و عروقی است که می تواند برای بازگرداندن تولید انسولین کشنده کاشته شود، بر خلاف استاندارد پیوند است که به ارگان های اهدا کننده و کاهش ایمنی بدن، نیاز دارد، رد کردن یک بیمار می تواند از آن استفاده کند.

فرآیند چاپ باید بقای سلول را حفظ کند. پرینترهایی که چندین سر چاپ دارند انواع مختلف سلول ها و مواد ساختاری را به طور همزمان ذخیره می کنند.سلول های Endothelal برای تشکیل کانال های caporal قرار می گیرند.سلول های بتا در یک تقلید ماتریس اضافی جاسازی شده اند که از سلول های پشتیبانی از انسولین مانند سلول های mesenchymal stromal برای ارتقاء و کاهش التهاب و پس از تولید یک فرهنگ زیست محیطی به طور بالغ استفاده می شود.

در حالی که بافت پانکراس چاپ نشده هنوز در عمل بالینی استفاده نمی شود، سرعت پیشرفت قابل توجه است.در مدل های حیوانی، سازه های بی چاپ شده دارای غلظت های ضد ملانوما برای ماه ها بدون آزمایش های انسانی در دهه آینده، با برنامه های اولیه به احتمال زیاد در بیماران مبتلا به دیابت نوع 1 که مبتلا به هیپوگلیسمی شدید هستند، انتظار می رود.

برنامه های Orthotic و Neuropathy

عوارض دیابت فراتر از مدیریت گلوکز گسترش می یابد.دیابتاتیک نوروپاتی محیطی بر روی پاها تأثیر می گذارد، باعث از دست دادن احساس، تغییر اندازه و افزایش خطر زخم. Custom orthotics چاپ شده از اسکن پا می تواند فشار را از مناطق پرخطر بالا، کاهش نیروهای اوار، و تطبیق ناهنجاری های موجود مانند پا شارلکو یا چکش به فوم سنتی یا فوم سنتی به سرعت تنظیم شده و یا تغییرات پلی تکنیک های دیجیتال را حفظ کند.

کفش های سفارشی با سنسورهای جاسازی شده نیز در حال توسعه هستند.thecule چاپ شده شامل کانال هایی برای سنسورهای فشار است که داده های زمان واقعی را به یک برنامه تلفن هوشمند منتقل می کنند، هنگامی که فشار در یک سایت خاص بیش از آستانه است، بیمار هشدار به تغییر وزن خود را دریافت می کند یا پاهای خود را بررسی می کند.این insols هوشمند برای پتانسیل خود برای جلوگیری از زخم پا دیابتی مورد ارزیابی قرار می گیرد که منجر به قطع عضو 85٪ از قطع عضو شدن مرتبط می شود.

مزایای بالینی دستگاه های سفارشی 3D-Printed

داده های حمایت از دستگاه های سفارشی 3D چاپ شده در مدیریت دیابت به طور پیوسته در حال ساخت است. پایدارترین نتیجه، پایبندی به سایش بهبود یافته است.هنگامی که یک دستگاه به راحتی متناسب است و در محل باقی می ماند، بیماران به احتمال زیاد از آن استفاده می کنند، که منجر به پوشش سنسور بالاتر و تحویل مکرر انسولین می شود.

کاهش عوارض پوستی نشان دهنده مزایای دیگر است. چسب های استاندارد و مسکن های پلاستیکی باعث تحریک در بسیاری از بیماران می شوند. سطوح سفارشی می تواند کانال های تهویه، لبه های نرم تر و مواد هیپوکلوژنیک را که متناسب با حساسیت پوست بیمار است، در یک مطالعه مشاهده ای در سال 2023، بیماران با استفاده از لوله های CGM سفارشی 3D چاپ شده، کاهش 60٪ در واکنش های پوستی مرتبط با چسب را در مقایسه با جایگزینی های قبلی خود گزارش کردند که به معنی کمتری از مواد مخدر و کمتر است.

عوامل اقتصادی همچنین به سفارشی سازی در مقیاس.در حالی که چاپ 3D یک دستگاه واحد هزینه بیش از تزریق برای تولید با حجم بالا، تغییرات منحنی هزینه به طور چشمگیری برای برنامه های کم حجم، مواد غذایی بالا متغیر است که بر کاهش مواد مخدر تاثیر می گذارد، و هر زیرگروه بیمار اغلب نیاز به یک هندسه دستگاه مختلف با تولید سنتی، تولید 10 طرح مسکن مختلف نیاز به ابزار جداگانه در دستگاه های چاپ و بدون هزینه قابل توجه فایل 3، به طور خاص، بسته بندی فایل، و بدون نیاز است.

چالش های نظارتی و مادی

علی رغم وعده، چندین مانع باید قبل از اینکه دستگاه های سفارشی 3D چاپ شده به طور معمول تبدیل شوند، تصویب تنظیم مقررات مهم ترین است.در ایالات متحده، FDA نیاز به این دارد که هر دستگاه پزشکی، از جمله دستگاه های 3D چاپ شده، ایمنی و استانداردهای اثربخشی را برای دستگاه های سفارشی که برای هر بیمار متفاوت است، تولید کننده نه تنها باید نشان دهد که فرآیند طراحی قطعات امن تولید می کند، بلکه به طور مداوم هر دستگاه و مشخصات مواد بعدی را برآورده می کند.

FDA تعدادی از اسناد راهنمایی برای تولید افزودنی از دستگاه های پزشکی منتشر کرده است.این اسناد نیاز به تولید کنندگان برای اعتباربخشی به کل جریان کار: تصویربرداری، طراحی، دستکاری مواد، چاپ، پردازش پس پردازش و استریل کردن برای دستگاه های خارجی، این قابل کنترل است برای دستگاه های قابل ایمپلنت، الزامات دقیق تر هستند.این ماده باید برای تماس طولانی مدت با بافت و مایعات بدن ثابت شود، و دقت مکانیکی آن را متوقف کند.

محدودیت های مواد دیگر است.تعداد مواد گواهی شده به عنوان سازگار با زیست و استریل قابل توجه باقی مانده محدود در مقایسه با محدوده موجود برای تولید سنتی. پلیمرها مانند PEEK، نایلون پزشکی درجه، و برخی سیلیکون های خاص تایید شده است، اما هر کدام دارای الزامات پردازش بالینی خاص هستند.به عنوان مثال، PEEK ذوب در بیش از 340 درجه سانتیگراد، نیاز به تخت های چاپ بالا و تشکیل شده است که از طریق تجهیزات دقیق برش های ضد میکروبی توسعه یافته است، و مواد اولیه، از مواد اولیه، باید استفاده از مواد اولیه مواد اولیه مواد اولیه از مواد اولیه را کاهش دهد.

مقیاس پذیری و توزیع Constraints

مقیاس سازی چاپ 3D از نمونه های اولیه یک به تولید بالینی معمول چالش های لجستیکی را ارائه می دهد. پرینترهای بالینی فعلی می توانند چند دستگاه سفارشی را در روز تولید کنند، بسیار کندتر از قالب بندی تزریقی است که تقاضا مطابقت دارد، امکانات نیاز به پرینترهای متعدد در حال اجرا همزمان، همراه با سیستم های کنترل پس از پردازش خودکار و کیفیت، برخی بیمارستان ها و مراکز پزشکی ایجاد آزمایشگاه های چاپ نقطه مراقبتی هستند که در آن دستگاه های سفارشی در این محیط زیست تخصصی، نیاز دارند.

توزیع فایل دیجیتال یک مسیر را بدون تمرکز تولید ارائه می دهد.یک شرکت دستگاه دیابت می تواند یک پلت فرم پایه را طراحی کند و سپس اجازه می دهد تا پزشکان بیماران به اندازه گیری آناتومی یا داده های تصویربرداری ورودی دسترسی پیدا کنند. یک سرور امن فایل سفارشی را تولید می کند که می تواند به یک چاپگر محلی در کلینیک، داروخانه یا حتی خانه بیمار ارسال شود.این مدل، گاهی اوقات به نام نقص های تولید نقطه، یا تعمیر و یا تعمیر دستگاه های کلیدی استفاده شده است که در حال حاضر قادر به بررسی کیفیت چاپ داخلی است و یا تعمیر و یا تعمیر و یا تعمیر و تعمیر و یا تعمیر و تعمیر و تعمیر و یا تعمیر و تعمیر و تعمیر و تعمیر و یا تعمیر و تعمیر و تعمیر و یا تعمیر و یا تعمیر و تعمیر و یا تعمیر و تعمیر و تعمیر و یا تعمیر و تعمیر و یا تعمیر و یا تعمیر و نگهداری دستگاه های تعمیر و یا تعمیر و نگهداری دستگاه های تعمیر و یا تعمیر و نگهداری دستگاه های تعمیر و یا تعمیر و یا تعمیر و یا تعمیر و یا تعمیر و نگهداری از آن است.

مسیر های آینده و اولویت های تحقیقات

با نگاهی به آینده، چندین اولویت تحقیقاتی احتمالا مرحله بعدی چاپ سه بعدی برای دیابت را شکل می دهد. چاپ چند ماده اجازه می دهد تا دستگاه ها با الکترونیک یکپارچه، مخازن مواد مخدر و کانال های سنسور در یک پاس واحد ساخته شوند، به جای اینکه یک مکانیسم پمپ، باتری و مسکن را ایجاد کنند، یک چاپگر می تواند ردهای سپرده گذاری شده برای مدارهای در کنار درزهای ساختاری و سیلیکون را انجام دهد و تولید یک واحد کامل برای شکستن قطعات آماده برای حذف این قطعات زمان و قطعات اتصال به آن اضافه می کند.

سیستم های بازخورد حلقه بسته که سنسور پرینت سه بعدی را با مسیرهای تحویل انسولین چاپ شده ترکیب می کنند، یک منطقه فعال دیگر هستند. بیمار می تواند یک پچ چاپی را که هر دو سنسور CGM و یک پمپ میکرو تزریق را با الگوریتم کنترل جاسازی شده در یک لایه مدار چاپی، به بدن بیمار وصل می شود، نیاز به کاهش چندین سایت و ساده سازی روزانه دارد.

پیشرفت های Bioprinting احتمالاً به سمت دستگاه های یکپارچه سازی سلول بتا با دسترسی یکپارچه و عروقی فشار می آورد.این رویکرد فعلی نیاز به یک جیب زیر پوستی دارد و به انتشار اکسیژن و مواد مغذی به طور کامل متکی است که ساخت های بزرگ تر نیاز به vascularization فعال دارند.شبکه های میکروپاتیک قابل چاپ، که ساختار خازن های طبیعی را تقلید می کنند، در مدل های موفق حیوانی آزمایش می شوند، اگر آنها به طور کامل به حذف یک سنسور های مصنوعی و به طور کامل نیاز داشته باشند.

هوش مصنوعی و یادگیری ماشین سرعت چرخه طراحی را تسریع می کند. الگوریتم های طراحی Generative می توانند هزاران هندسه احتمالی را کشف کنند تا بتوانند آن را پیدا کنند که برای قدرت ساختاری، استفاده از مواد کم و مناسب آناتومی بهینه می شود. الگوریتم از نتایج بیمار برای اصلاح طرح های آینده یاد می گیرد.این رویکرد مبتنی بر هوش مصنوعی زمان را از اسکن به چاپ از روزها به ساعت ها کاهش می دهد، و همین دستگاه برای بازدید های معمول ایجاد می کند.

نتیجه گیری

چاپ سه بعدی یک تکنولوژی نظری برای آینده مراقبت از دیابت نیست، در حال حاضر در حال تولید بهبود بالینی مرتبط در دستگاه مناسب، راحتی بیمار و پیروی از درمان سفارشی پمپ انسولین، CGM کوه، مجموعه های تزریق، و داربست های قابل ایمپلنت از مفهوم به کاربرد در مراکز تحقیقاتی و کلینیک های تخصصی نقل مکان کرده اند. مزایای گسترش فراتر از راحتی فردی برای کنترل قابل اندازه گیری، و کیفیت زندگی و انسولین قابل اندازه گیری.

مسیر پذیرش گسترده بدون موانع نیست. چارچوب های تنظیم مقررات باید تکامل یابند تا تنوع دستگاه های خاص بیمار را کنترل کنند، اما منطق اساسی قانع کننده است: دیابت یک بیماری شخصی است و سیستم های تولید و توزیع آن باید برای تولید نقطه مراقبت به جای تولید انبوه متمرکز، دوباره طراحی شوند.

از آنجا که جمعیت دیابت رشد می کند و هزینه های تکنولوژی همچنان کاهش می یابد، مورد اقتصادی و بالینی برای دستگاه های پرینت سه بعدی سفارشی تنها تقویت می شود. کلینیک ها، تولید کنندگان دستگاه، تنظیم کنندگان و بیماران همه در فشار دادن این تکنولوژی به جلو، هدف ساده است: دستگاهی که به طور کامل، در محل باقی می ماند، به طور مداوم درمان و به طوری که بیمار می تواند تمرکز بر روی تجهیزات، هدایت شود.